3.3 IMX6ULL映像文件

3.3 IMX6ULL映像文件

3.3.1 格式概述

​ 如果您有S3C2440或其他单片机的学习经验，可以知道程序的二进制版本，比如lcd.bin可以直接烧写到Flash上。它们是自启动的，什么意思？比如一上电，运行的是lcd.bin前面的代码，它会初始化内存，把自己从Flash上复制到内存里去执行。请记住：自己把自己复制到内存。 ​ 但是对于IMX6ULL，烧写在EMMC、SD/TF卡上的程序，并不能“自己复制自己”。一上电首先运行的是boot ROM上的程序，它从EMMC、SD/TF卡上把程序复制进内存里。 ​ 所以：boot ROM程序需要知道从启动设备哪个位置读程序，读多大的程序，复制到哪里去。 ​ 所以：启动设备上，不能仅仅烧写bin文件，需要在添加额外的信息。

​ 还有一个问题，IMX6ULL的boot ROM程序可以把程序读到DDR里，那需要先初始化DDR。每种板子接的DDR可能不一样，boot ROM程序需要初始化这些不同的DDR。boot ROM从哪里得到这些不同的参数？

​ 还有，IMX6ULL支持各种启动设备，比如各种Nor Flash。为了通用，boot ROM程序将会使用最保守的参数，也就是最慢的时序来访问Nor Flash。为加快启动程序，boot ROM程序可以根据我们提供的信息初始化硬件，让它以更优的参数运行。

​ 这些参数信息，被称为“Device Configuration Data”，设备配置数据(DCD)，这些DCD将会跟bin文件一起打包烧写在启动设备上。boot ROM程序会从启动设备上读出DCD数据，根据DCD来写对应的寄存器以便初始化芯片。DCD中列出的是对某些寄存器的读写操作，我们可以在DCD中设置DDR控制器的寄存器值，可以在DCD中使用更优的参数设置必需的硬件。这样boot ROM程序就会帮我们初始化DDR和其他硬件，然后才可以把bin程序读到DDR中并运行。

​ 总结起来，烧写在EMMC、SD卡或是TF卡上的，除了程序本身，还有位置信息、DCD信息，这些内容合并成一个映像文件，如下图：

​ 这4部分内容合并成为一个映像文件，烧写在EMMC、SD卡或TF卡等启动设备的某个固定地址，boot ROM程序去这个固定地址读出映像文件。启动设备不同，固定地址不同，如下图：

3.3.2 格式详解

​ 先贴出一张图，然后再细细讲解：

​ 下面的讲解图中，列有C语言格式的结构体，这些结构体来源于U-boot的tools目录下的imximage.h。对于程序员，有时候看结构体可以更快地理解映像文件的格式。

​ (1). Image Vector Table(IVT)：

​ IVT会被放在固定的地址，IVT中是一系列的地址，boot ROM程序会根据这些地址来确定映像文件中其他部分在哪里。

​ IVT格式如下：

​ 要注意的是上图中这4项：

​ a. header：

​ 里面有3项：tag、length、version。length表示IVT的大小，它是32字节。要注意是的，它是大字节序的。

​ b. entry：

​ 用户程序运行时第1条指令的地址，就是程序的链接地址、程序被复制到内存哪里

​ c. dcd：

​ 映像被复制到内存后，其中的DCD数据的地址。

​ d. boot data：

​ 映像被复制到内存后，其中的boot data的地址。

​ e. self：

​ 映像被复制到内存后，IVT自己所在的地址。

​ (2). Boot data：

​ 映像被复制到内存后，IVT自己所在的地址。

​ a. start：

​ 这是映像文件在内存中的地址，注意，它不等于IVT在内存中的地址。

​ 什么意思？假设IVT被保存在启动设备TF卡1024偏移地址处，IVT被复制到内存地址0x87000000，那么start=0x87000000-1024。

​ 所以start表示的是启动设备开头的数据，被复制到内存哪里去。

​ 从它的含义也可以推理出：boot ROM程序会把启动设备开头的数据，复制到内存；而不仅仅是从IVT开始复制。

​ b. length：

​ 保存在启动设备上的整个映像文件的长度，从0地址开始(不是从IVT开始)。

​ c. plugin：

​ 这是一个标记位，当它为1时表示这个映像文件是“plugin”，即插件。

​ boot ROM程序可以支持有限的启动设备，如果你想双持更多的启动设备比如网络启动、CDROM启动，就需要提供对应的驱动。这些驱动就是“plugin”，我们的教程不涉及，该标记位为0。

​ Boot data就是用来表示映像文件应该被复制到哪里去，以前它的大小。boot ROM程序就是根据它来把整个映像文件复制到内存去的。

​ (3). DCD：

​ DCD的作用在前面讲解过，简单地说就是设备的配置信息，里面保存有一些寄存器值。

​ 实际上DCD还可以更复杂，它支持多种命令：write data、check data、nop、unlock。我们可以通过write data命令写寄存器，通过check data命令等待寄存器就绪。

​ DCD格式如下：

​ DCD以Header开始，里面的TAG为0xD2表示它是DCD，里面还标明了DCD的大小、版本。

​ 接下来就是各个“CMD”，你可以在一个“CMD”里操作多个寄存器，比如在一个“write data command”中，写多个寄存器。

​ 以“write data command”为例简单介绍一下，它的格式为：

​ 上图中，TAG为0xCC表示这是“write data command”；Length表示命令的大小；Parameter的作用稍后再说。

​ 既然是写命令，那自然就有“地址、值”，上图中就是多个“Address、Value/Mask”。为何还有Mask？这要结合Parameter来讲解：

​ Parameter中b[2:0]用来表示写操作的字节数，是以字节、半字(2 byte)，还是字(4 byte)来操作。

​ 而b[4]、b[3]决定了是写值(write value)，清位(clear bitmask)，还是设位(set bitmask)。

​ 对于其他命令，共格式可以参考IMX6UL的芯片手册，这里就不再介绍了。

​ (4). User code and data：

​ 就是用户程序或数据，原原本本地添加到映像文件里就可以。

​ https://github.com/NXPmicro/mfgtools

3.3.1 实例

​ 我们制作映像文件的目的什么？把我们自己的程序烧写到启动设备，让boot ROM程序启动它。

​ 所以制作映像文件的起点是：我们编写的程序。制作过程中各填值的计算方法如下图所示。

上图中各步骤细说如下：

① 确定入口地址entry：

我们的程序运行时要放在内存中哪一个位置，这是我们决定的。它被称为入口地址、链接地址。

② 确定映像文件在内存中的地址start：

boot ROM程序启动时，会把“initial load region”读出来，“initial load region”里含有IVT、Boot data、DCD。boot ROM根据DCD初始化设备后，再把整个映像文件读到内存。

在启动设备上，“initial load region”之后紧跟着我们的程序，反过来说就是我们程序的前面，放着“initial load region”。假设“initial load region”的大小为load_size，那么在内存中“initial load region”的位置start = entry – load_size。

注意：“initial load region”位于启动设备0位置，它的头部并不是IVT，而是一些无用的数据(或是分区信息)。

③ 确定IVT在内存中的地址self：

我们知道IVT在启动设备上某个固定的位置：ivt_offset。那么在内存中它的位置可以如下计算：

self = start + ivt_offset = entry – load_size + ivt_offset

④ 确定Boot data在内存中的地址boot_data：

IVT的大小是32字节，IVT之后就是Boot data，而IVT中的boot_data值表示Boot data在内存中的位置，计算如下：

boot_data = self + 32 = entry – load_size + ivt_offset + 32

⑤ 确定DCD在内存中的地址dcd：

Boot data的大小是12字节，Boot data之后就是DCD，而IVT中的dcd值表示DCD在内存中的位置，计算如下：

dcd = boot_data + 12 = entry – load_size + ivt_offset + 44

⑥ 写入DCD的数据：

DCD是用初始化硬件的，特别是初始化DDR。而DDR的初始化非常的复杂、专业，我们一般是使用硬件厂家提供的代码。

在后面的程序中你可以看到，我们是使用类似下面的指令来制作映象文件：

./tools/mkimage -n ./tools/imximage.cfg.cfgtmp -T imximage -e 0x80100000 -d led.bin led.imx

​ 上述命令中的imximage.cfg.cfgtmp就是厂家提供的，内部截取部分贴出来：

从上图也可以看到imximage.cfg.cfgtmp文件中基本是对寄存器的写操作。

​ mkimage程序来自u-boot，它会把imximage.cfg.cfgtmp中的内容转换为DCD数据。我们并不打算讲解DCD的内容，只需要了解它的大概作用：

a. 设置时钟：DDR也需要时钟，这很好理解

b. 设置引脚：DDR需要很多引脚

c. 设置DDR控制器：Multi-mode DDR controller (MMDC)

⑦ 写入用户程序

⑧ 经过上述7个步骤，整个映像文件就构造出来了，可以把它烧入启动设备。

​ 我们提供的示例程序001_led中有一个文件：led.img，它就是映象文件，可以直接烧入TF卡。用软件Hex Editor Neo打开led.img，选择doble word方式显示，可以看到如下内容，你可以自行验证一下映像文件中各个值。