詳解MCU的SD/eMMC卡啟動(dòng)

關(guān)于i.MX RT啟動(dòng)設(shè)備，我之前寫(xiě)過(guò)很多篇文章，都是關(guān)于串并行 NOR/NAND Flash。相信對(duì)于 Flash 的原理和讀寫(xiě)擦訪問(wèn)，玩 MCU 的朋友一定不會(huì)陌生，但是說(shuō)到讓 MCU 從 SD/eMMC 卡啟動(dòng)，估計(jì)很多人都是一臉懵，這個(gè)在 MCU 世界里沒(méi)怎么見(jiàn)過(guò)啊。

一、支持的SD/eMMC

i.MX RTxxx系列內(nèi)部有一個(gè)名為uSDHC的強(qiáng)大外設(shè)，通過(guò)它能夠訪問(wèn) MMC/SD/SDIO 三類(lèi)卡，BootROM 里關(guān)于 SD/eMMC 的啟動(dòng)支持就是借助這個(gè) uSHDC 外設(shè)：

• Conforms to the SD Host Controller Standard Specification version2.0/3.0

• Compatible with the MMC System Specification version4.2/4.3/4.4/4.41/4.5/5.0

• Compatible with the SD Memory Card Specification version 3.0 andsupports the Extended Capacity SD Memory Card

• Compatible with the SDIO Card Specification version 2.0/3.0

• Designed to work with SD Memory, miniSD Memory, SDIO, miniSDIO, SDCombo, MMC, MMC plus, and MMC RS cards

• Card bus clock frequency up to 208 MHz.

• Supports 1-bit / 4-bit SD and SDIO modes, 1-bit / 4-bit / 8-bit MMCmodes.

僅對(duì)于uSDHC 接口啟動(dòng)而言，選擇 SD/eMMC 操作流程是差不多的。因?yàn)?i.MX RT500 BootROM 僅支持 eMMC 設(shè)備，而 i.MX RT600 BootROM 同時(shí)支持 SD 和 eMMC 設(shè)備，所以本文主要就以 i.MX RT600 從 eMMC 啟動(dòng)為例來(lái)具體介紹今天的主題。

(e)MMC 卡類(lèi)型：

• eMMC Version 5.0 or earlier version.

• MMC Version 4.4 or earlier version.

(e)MMC 卡模式.

• eMMC/MMC: 4-bit/8-bit; full speed SDR(26MHz), high speed SDR/DDR(52MHz).

• eMMC Version 4.4 or later version: fast boot is supported.

二、SD/eMMC硬件連接

i.MX RT500/600內(nèi)部都有 2 個(gè) uSDHC 模塊（注：uSDHC1 可能在一些小封裝上沒(méi)有引出），BootROM 支持如下 pinmux（適用RT500/600）來(lái)連接 SD/eMMC 卡去啟動(dòng)。i.MX RT500 上這兩組 uSDHC 都可以連 eMMC（僅 uSDHC0 支持HS400 模式），i.MX RT600 上這兩組 uSDHC 也都可以連接 SD/eMMC：

如下是RT600_BGA176_Chip_RevB0_Rev.C板上eMMC連接設(shè)計(jì)：

三、SD/eMMC加載啟動(dòng)過(guò)程

SD/eMMC設(shè)備本質(zhì)上屬于 NAND，而 NAND 天生不支持 XiP，所以在SD/eMMC 中僅能放置 Non-XIP Application（鏈接到內(nèi)部 SRAM 或者 外部 RAM 空間），并且 SD/eMMC 又已經(jīng)簡(jiǎn)化了 NAND 訪問(wèn)，因此從 SD/eMMC 啟動(dòng)加載流程其實(shí)跟 《從 Serial(1-bit SPI) NOR恢復(fù)啟動(dòng)》加載流程差不多的（參考文章第 3 小節(jié)）。

四、下載Application進(jìn)SD/eMMC

理解了SD/eMMC 加載啟動(dòng)過(guò)程，我們便可以開(kāi)始使用 BootROM 的 Serial ISP 模式去下載 Application 進(jìn) SD/eMMC 設(shè)備中。我在啟動(dòng)系列文章的第三篇 《Serial ISP模式(blhost)》)里介紹了 Serial ISP 模式的使用，現(xiàn)在假定你已經(jīng)制作好一個(gè) Bootableimage 并且使用 blhost 工具與 BootROM 的 Serial ISP 模式建立了基本通信，正要開(kāi)始將 Bootable image 下載進(jìn) SD/eMMC 設(shè)備。

// 在 SRAM 里臨時(shí)存儲(chǔ) eMMC 配置數(shù)據(jù)
blhost -u 0x1fc9,0x0020 -- fill-memory 0x10C000 0x4 0xC0010100 // 4bit SDR, Normal Speed
blhost -u 0x1fc9,0x0020 -- fill-memory 0x10C004 0x4 0x0        // uSDHC0, 3.3V

// 使用 eMMC 配置數(shù)據(jù)去配置 uSDHC0 接口
blhost -u 0x1fc9,0x0020 -- configure-memory 0x121 0x10C00

在上述示例里首先使用了 fill-memory 命令在 0x10C000 地址處暫存了 8byte 配置數(shù)據(jù)，然后通過(guò) config-memory 將這 8byte 數(shù)據(jù)里的信息配置到 uSDHC0 接口中，實(shí)際上這 2 個(gè)命令成功執(zhí)行后，你就可以開(kāi)始使用 Serial ISP 命令下載 Bootable image 了。

那么這 8byte 配置數(shù)據(jù)到底是怎么組織的？詳見(jiàn)下表：

從上表我們可以知道，其實(shí)這 8byte 數(shù)據(jù)提供的配置信息主要是 eMMC 連接以及屬性配置。configure-memory 命令執(zhí)行成功之后，底下 image 的下載很簡(jiǎn)單，只需要將 Bootable image 從 eMMC 偏移 0x1000 地址處開(kāi)始下載即可，具體步驟如下：

// 擦除 eMMC 并將 image 下載進(jìn) eMMC
blhost -u 0x1fc9,0x0020 -- flash-erase-region 0x0 0x20000 0x121
blhost -u 0x1fc9,0x0020 -- write-memory 0x1000 bt_image.bin 0x121

如果你覺(jué)得手動(dòng)敲命令行太麻煩，也可以使用 MCUBootUtility 工具（v3.5及以上）來(lái)完成上述操作：

五、進(jìn)入SD/eMMC啟動(dòng)模式

Application已經(jīng)被成功下載進(jìn) eMMC 芯片之后，此時(shí)我們便可以開(kāi)始設(shè)置芯片從 eMMC 啟動(dòng)，結(jié)合 ISP pin 以及 OTP 里 PRIMARY_BOOT_SRC[3:0] 設(shè)置，一共有如下選擇（下表適用 i.MXRT600）。本次測(cè)試我們無(wú)需燒錄 OTP，只需要將 ISP[2:0] 設(shè)為 3'b100 - SDIO 0 (eMMC) 即可。

六、配置OTP啟動(dòng)SD/eMMC

設(shè)置好芯片啟動(dòng)模式是從 eMMC 備份啟動(dòng)之后，我們還需要最后關(guān)注一下與 eMMC 相關(guān)的具體特性配置：

SD/eMMC配置主要集中在主芯片內(nèi)部 OTP BOOT_CFG[2]和 BOOT_CFG[3] 區(qū)域里，下面是最主要的BOOT_CFG[2 配置（下表適用 i.MXRT600），默認(rèn)全 0 值適用 3.3V eMMC 設(shè)備且工作在 4bit SDR Normal Speed 模式，這個(gè)默認(rèn)配置可以直接用于本次測(cè)試，因此我們無(wú)需燒寫(xiě) OTP（當(dāng)然有需要的話改為 8bit 更快速度模式也是可以的）。

上述所有步驟全部完成之后，復(fù)位芯片你就應(yīng)該能看到你放在eMMC里的Application已經(jīng)正常地啟動(dòng)了。