BSP学习(BootROM与MaskROM原理)

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工作模式

RK3399有两种工作模式：

Normal模式：一般情况下，在镜像烧录完成后，开发板上电后会直接正常启动系统，这就是Normal模式。Normal模式支持eMMC或者SD卡启动
升级模式(分为三种)：
1. MaskRom模式：在没有bootloader程序的情况下，停在BootRom等待线刷固件
2. Loader升级模式：有bootloader时，通过bootloader加载镜像
3. SD升级模式：在外部通过工具在SD卡烧录镜像，插卡后直接从SD卡启动

总结：

以上就是嵌入式系统普遍的工作模式，各芯片厂商的命名有些区别，但底层原理都是一样的。

MaskROM与BootROM

ROM：Read only memory，只读存储器。

MaskROM：掩模只读存储器，芯片的一种制造工艺，在芯片制造的最后一道工序中，通过“掩模”(Mask)工艺直接把数据“刻”在硅片上。

BootROM：启动程序存储器，实际就是启动程序，然后这个启动程序存放在MaskROM中。

MaskROM是一个容器，BootROM是软件是启动程序。

BootROM

BootROM是由SoC厂商设计的，它是芯片出厂时就固化在硅片内部的只读代码。BootROM是SoC启动时的入口点(当芯片上电，时钟稳定后，CPU执行的第一行代码)。

BootROM 程序与 u-Boot、Kernel 最大的不同是它不是存放在常见的存储介质中，如 SRAM、DDR、Flash等，它在芯片制造的最后阶段（光刻掩膜阶段)，代码就已经作为逻辑电路的一部分被“刻”在硅片上了。

当芯片离开芯片可代工厂后就再也无法更改。事实上在芯片仿真验证阶段的后期就基本不会再进行修改了。

流片后如果要修改 BootROM 代价巨大，属于一级事故，所以芯片设计阶段会异常谨慎。为了防止真的出了问题需要修复，可以在芯片中预留了一些寄存器或者极少的 SRAM。如果真的有问题必须修复，一般会通过 patch进行 workaround，在芯片启动阶段将需要修改的部分引导至备用SRAM或寄存器来进行功能修复。

由于BootROM是固化在逻辑电路上的，所以其空间很小且极其宝贵，通常只有32~128KB，所以它只负责保证芯片上电后生存必要的功能。

BootROM功能

总结为三点：找系统、验真伪和救砖头。

找系统–启动介质选择

芯片上电后，BootROM会扫描外部接口(SD卡、eMMC、UFS、SPI Flash等)，寻找合法的引导程序。

可以按照预设的优先级进行搜索。

除了扫描之外，也有厂商会提供BootstrapPins，SoC会预留几个特定的针脚，PCB厂商在设计电路板时，通过上拉电阻(接高电平)或者下拉电阻(接地)来设置这些引脚的状态。

在CPU刚上电后的几个微妙内，BootROM会读取这些针脚的电平值来判断启动介质。

验真伪–安全校验

很多高端SoC会开启“安全启动”，目的是防止外部替换存储介质进行篡改系统或破解行为。

救砖头–MaskROM模式

如果外部存储器是空的或者固件损坏，BootROM会启动内置的极简USB驱动，并初始化SRAM。把SoC变成一个USB从设备。

电脑可以通过USB线将最初始的代码下载到SoC的内部SRAM里运行。

变砖就是，无法通过外部下载器下载镜像，无法进入系统。

升级模式详解

MaskROM模式

MaskROM升级原理是：人为的把Flash(Nor Flash、 Nand Flash和eMMC等存储设备)的CLK时钟引脚与地线短接，使得BootROM程序无法获取合法的启动介质从而去初始化USB设备以及SRAM并停留在BootROM阶段，等待用户下载固件。

通常来说在设备可以进入loader升级模式的情况下，优先使用Loader升级模式。

我们的开发版-Nanopc-T4设计了Boot按键，不需要额外的短接，进入MaskROM相对安全且方便，可以作为日常烧录手段。

Nanopc-T4进入MaskROM的方法是，开发板Type c口接PC，在开发板下电后，长按Boot键5s，然后上电。如果此时打开RKdev烧录工具，就会显示“发现一个MASKROM设备”

Loader模式

在loader模式下，bootloader会进入升级状态，等待主机命令，用于固件升级等。要进入Loader模式，必须让bootloader在启动时检测到Recovery键按下，且 Type-C处于连接状态。

Nanopc-T4进入 Loader 模式的方法是，开发板Typec 口接PC，在开发板下电的后，长按 Recovery (1.5s以上)，上电。

SD卡模式

使用MicroSD更新固件，需要在电脑上，通过 SD卡烧录工具，将统一固件写入MicroSD卡, 目前此操作只支持在Windows操作系统上完成。

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