痞子衡嵌入式：恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU啓動那些事（8.1）- SEMC NAND啓動時間(RT1170)...

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　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是恩智浦i.MX RT1170 Raw NAND啓動時間。

　　關於i.MXRT1170這顆劃時代的MCU，痞子衡去年10月在其剛發佈的時候，專門寫過一篇文章介紹過其特點（詳見 《終於可以放開聊一聊i.MXRT1170這顆劃時代MCU了》），眼看着其上市日期越來越近了，恩智浦軟硬件技術支持團隊也正在緊鑼密鼓地開發SDK以及參考設計。因爲官方首次在i.MXRT1170 EVK板上（Rev.B）放了一片旺宏的Raw NAND芯片，而i.MXRT當然是支持從Raw NAND啓動的，因此痞子衡打算爲大家測一測Raw NAND的啓動時間（這裏指在ITCM執行，暫不考慮在SDRAM執行）。

一、準備工作

1.1 知識儲備

　　在開始測試之前，你需要認真讀一下痞子衡的舊文 《恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU啓動那些事（8）- 從Raw NAND啓動》，對i.MXRT從Raw NAND啓動的原理有一個充分認識。
　　Raw NAND啓動不同於你最熟悉的Serial NOR啓動，由於NAND訪問的特殊性（僅能按Page讀，且允許壞塊），因此其僅支持Non-XIP Application（即需要把Application image從NAND中全部拷貝出來，放到RAM中執行），無法原地執行。這個拷貝工作就由芯片內部的BootROM來完成，爲了讓BootROM順利完成拷貝工作，我們需要在NAND中放一些特殊數據（即下面的FCB, DBBT, IVT）。
　　FCB永遠放在NAND的第一個block裏的固定位置，BootROM首先從NAND中讀取FCB（此時是利用eFuse 0x940和0xC80裏的簡化時序配置選項），FCB中含有三類信息：用戶設置的完整時序配置數據(可選的)、DBBT位置，IVT位置。BootROM首先會檢查是否存在完整時序配置數據，如果有，則使用這個數據重新配置NAND訪問時序。然後BootROM會繼續獲取DBBT數據，獲知當前NAND的壞塊信息，接下來便是根據IVT信息獲取Application數據完成拷貝（拷貝過程中需要避開壞塊）。

1.2 時間界定

　　說到啓動時間的界定，其實無非是找到時間起點以及時間終點。
　　時間起點很好辦，根據i.MXRT1170芯片POR信號變化即可（下圖中的RST_TGTMCU_B的上升沿），也就是芯片開始上電爲起點。

　　時間終點稍微有點難辦，如果監測Raw NAND信號（比如CE#最後一個上沿）有點難抓，也不夠精準，畢竟BootROM拷貝完所有Application image數據後是否還會做一些校驗工作纔會跳轉不得而知，所以還是以執行到Application爲準。到了Application的執行就簡單了，在Application里加個GPIO翻轉（比如點燈）即可，我們只需抓取這個GPIO的信號變化（抓下圖中R1855的上升沿）。

1.3 製作應用程序

　　現在我們開始製作測試用的Non-XIP Application，以\SDK_xxx_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\demo_apps\led_blinky\cm7\下的工程爲基礎，但需要做一些修改。
　　痞子衡以IAR工程示例，首先需要選中debug build（release也行），這個build即是在ITCM中執行的Non-XIP版本，而且其鏈接文件裏的m_interrupts_start也需要從0x00000000修改爲0x00002000（這裏如果不明白的話，繼續回去看痞子衡寫的Raw NAND啓動文章）。

　　這個工程裏的led_blinky.c裏已經有GPIO翻轉代碼了，但是位置在main()函數裏，爲了得到儘量準確的啓動時間，我們應該把GPIO翻轉的代碼提前，下面是程序Reset_Handler代碼，原則上我們應該要在這裏加彙編，但是爲了簡單起見，我們也可以在SystemInit()函數里加C代碼（痞子衡認爲在data/bss段初始化之前就可以了）。

        PUBWEAK Reset_Handler
        SECTION .text:CODE:REORDER:NOROOT(2)
Reset_Handler
        CPSID   I               ; Mask interrupts
        LDR     R0, =0xE000ED08
        LDR     R1, =__vector_table
        STR     R1, [R0]
        LDR     R2, [R1]
        MSR     MSP, R2
        LDR     R0, =SystemInit
        BLX     R0
        CPSIE   I               ; Unmask interrupts
        LDR     R0, =__iar_program_start
        BX      R0

　　編譯後可以得到一個17732 bytes的Application（可以生成.srec格式，方便後面下載），但是我們知道Raw NAND啓動時間跟Application長度是成正比的（主要耗時就是在拷貝上），所以我們還需要再製作一個稍微大一些的Application，可以直接在代碼里加上如下const數組定義，並且在IAR的Option/Linker/Input裏的Keep symbols里加上s_dummyBuffer，防止這個數組被優化掉。

const uint8_t s_dummyBuffer[1024*230] = {0};

1.4 下載應用程序

　　應用程序的下載需藉助痞子衡開發的NXP-MCUBootUtility工具（v2.2版本及以上），將i.MXRT啓動模式設到SDP模式（EVK上SW1撥碼開關設爲4'b0001），然後給板子上電。軟件的使用不予贅述，NAND具體配置如下即可，後面的測試我們只需要更改ONFI Timing Mode這一個參數。

Note: 這個工具會自動生成FCB（包含完整NAND時序配置）, DBBT， IVT並將其和Application一起下載進Raw NAND中

　　程序下載完成後，將i.MXRT啓動模式設到Internal Boot模式（EVK上SW1撥碼開關設爲4'b0010），並且將啓動設備設爲Raw NAND（EVK上SW2撥碼開關設爲10'b0000010000），斷電重啓你應該就可以看到LED燈會亮，這代表Raw NAND啓動成功了。

1.5 示波器抓取信號

　　一切準備就緒，可以用示波器抓Raw NAND啓動時間了。除了通道一監測POR信號，通道三監測LED GPIO信號，爲了更直觀地看啓動過程，痞子衡特地加了通道二來監測NAND_CE#信號，這樣可以看到Application拷貝過程。

二、開始測試

2.1 影響因素

2.1.1 App長度

　　App的長度是影響啓動時間的第一因素。痞子衡在前面 1.3節 製作應用程序裏，已經制作了兩個不同長度的App用於測試。

2.1.2 NAND訪問模式

　　NAND訪問模式是影響啓動時間的第二因素。SEMC支持的NAND訪問模式一共兩種，分別是IPG CMD模式和AXI CMD模式，前者是應用程序手動發命令去一次讀取4byte數據到SEMC數據寄存器，然後再從寄存器中取數據；後者是應用程序訪問指定的AXI空間（假定也是取4byte），由SEMC自動發命令讀取4byte並放到對應AXI映射空間裏。
　　NXP-MCUBootUtility工具裏所依賴的flashloader固定使用IPG CMD模式，因此想切換到AXI CMD模式，需要從SDK/middleware/mcu-boot中獲取flashloader源碼，修改源碼（在semc_nand_mem_config()函數中做如下修改）後重新編譯使用。

　　使用修改後的flashloader程序下載完成Application之後，需要在回讀的image數據中偏移0x109的地址查看數據（0x01代表AXI，0x00代表IPG）。

　　痞子衡繼續使用示波器抓取NAND_RE#信號如下：
　　這是IPG CMD模式下的時序（ONFI timing mode5）：

　　這是AXI CMD模式下的時序（ONFI timing mode5）：

　　從上述時序上看，AXI CMD模式讀取數據明顯比IPG CMD模式更高效，每4byte訪問之後的間隔時間大大縮短。

2.1.3 ONFI Timing Mode

　　ONFI Timing Mode是影響啓動時間的第三因素。NXP-MCUBootUtility工具中支持更改ONFI Timing Mode（主要是將設置寫進FCB），痞子衡查了下EVK板上這顆NAND芯片，能支持mode0 - mode5一共6種模式，我們就先來看看最慢的mode0和最快的mode5是否設置生效。在程序下載完成之後，需要在回讀的image數據中偏移0x153的地址查看數據（0x01代表mode0，0x06代表mode5）。

　　Raw NAND訪問是通過SEMC模塊實現的，SEMC一次會從NAND讀取4byte放到內部32bit數據寄存器中，痞子衡使用示波器抓取NAND_RE#信號如下：
　　這是ONFI Timing Mode0下的時序：

　　這是ONFI Timing Mode5下的時序：

　　從上述時序上看，ONFI Timing Mode設置是生效的，mode5耗時確實比mode0短一些，與ONFI 1.0手冊裏規定的數值基本是吻合的。

2.2 測試結果

　　前面分析完了影響因素，現在到了公佈結果的時候了，痞子衡基於前面的影響因子組合一共做了8個測試，結果如下表所示。總之一句話，想要最快的啓動時間，設爲AXI訪問模式以及ONFI Timing Mode5即可，另外如果對啓動時間敏感（比如Auto應用），不妨做兩級啓動（Boot+App），Boot儘量小，App可以很大，Boot起來之後去做一些啓動任務（響應CAN，點亮LCD屏），然後由Boot再去慢慢加載App。

NAND訪問模式	ONFI時序模式	Application長度	啓動時間
IPG CMD	mode 0 - 10MHz	17732 bytes	40.58ms
IPG CMD	mode 5 - 50MHz	17732 bytes	38.90ms
IPG CMD	mode 0 - 10MHz	253252 bytes	172.3ms
IPG CMD	mode 5 - 50MHz	253252 bytes	164.3ms
AXI CMD	mode 0 - 10MHz	17732 bytes	32.8ms
AXI CMD	mode 5 - 50MHz	17732 bytes	32.6ms
AXI CMD	mode 0 - 10MHz	253252 bytes	104.9ms
AXI CMD	mode 5 - 50MHz	253252 bytes	78.86ms

　　測試結果波形圖較多，痞子衡且放一張（AXI, mode0, 17732bytes）給大家看看吧。

　　至此，恩智浦i.MX RT1170 Raw NAND啓動時間痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裏~~~

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