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外观

​

客制化启动方案 ​

在一些应用场景下，开发者希望 D13x 上电即运行客制化开发的程序，而不是 Luban-Lite SDK 编译出来的程序。本文介绍：

1.如何让 CPU 上电立刻运行客制化的程序

2.如何使用进行烧录

3.如何初始化 PSRAM 内存，让应用程序可以使用 PSRAM

生成客制化的 Boot ROM 启动程序 ​

启动镜像格式 ​

芯片在上电启动时，首先运行芯片内部的 Boot ROM 程序，Boot ROM 程序加载并运行下一级程序。

Boot ROM 加载的程序需要按照一定的格式打包才会被运行。具体的打包格式可参考芯片手册的启动章节。此处节选镜像格式部分内容如下：

数据区域数据分块字段字节描述
Signed AreaHEAD1Magic4特征字符串，固定为 ”AIC”
Checksum432 bit 累加和校验的校验值。安全启动方案设为0。
HEAD2 (248B)Header version4本文件头结构的版本号，当前版本为v1.1: 0x00010001
Image length4从文件开头到结束的总数据长度
Firmware version4固件版本号，不同版本之间应单调递增
Loader length4第一级引导程序的有效数据的长度，不包括填充数据
Load address4镜像数据加载到内存的目标地址
Entry point4第一级引导程序的可执行代码入口地址
Signature algorithm40：没有签名，仅计算 Checksum；1：RSA-2048；
Encryption algorithm40：固件不加密；1：AES-128-CBC 加密
Signature result offset4数字签名数据区域的偏移，从文件头开始计算
Signature result length4数字签名的长度
Signature key offset4RSA 公钥数据区域的偏移
Signature key length4RSA 公钥数据的长度
IV data offset4AES-CBC IV 数据区域的偏移
IV data length4IV 的长度
Private data offset4第一级引导程序私有数据区域的偏移
Private data length4第一级引导程序私有数据区域的长度
PBP offset4PBP 数据区域的偏移
PBP length4PBP 数据的长度
Padding172填充，使得头部刚好 256 字节
DATA1Loader binary dataX第一级引导程序的保存区域
PaddingX增加填充，使得 256 字节对齐
DATA2Private data areaX存放镜像代码中可能使用的私有数据。
Signature key areaX存放 RSA 公钥，DER 格式的密钥文件。应 4 字节对齐。
IV data area16存放 AES IV 数据，16 字节，应 4 字节对齐。
PBP areaX存放 PBP 程序。应 16 字节对齐。
PaddingX填充，使得 256 字节对齐，方便计算数字签名
SIGNSignature result area256前面所有内容的数字签名或 MD5

其中几个关键的字段有：

  • Loader binary data

客制化程序存放的区域。

  • Load address

启动镜像的加载地址。

  • Entry point

客制化程序的程序入口地址，对应程序的链接地址。

内存空间规划 ​

制作启动镜像时，需要做好内存使用规划。几个重要的内存信息：

1.D13x SRAM 的开始地址为 0x30040000

2.SRAM 的最开始 16K Byte，Boot ROM 运行时在使用，因此启动镜像不能被加载到该区间。

3/启动镜像头信息占用 256 字节，因此 Load address 和 Entry point 之间至少预留 256 字节。

因此启动镜像加载的内存地址，应该是 0x30044000 之后:

  • 0x30044000 Load address 最小的地址
  • 0x30044100 Entry point 最小的地址

做客制化启动程序开发的时候，应该参照上面的信息做好相关的连接地址、内存空间分配等规划。

生成启动镜像 ​

使用 Luban-Lite 中的 mk_image.exe 或 mk_image.py 工具，可以单独生成启动镜像。

注解
  • tools/scripts/mk_image.exe
  • tools/scripts/mk_image.py
  • 相关工具请从 Luban-Lite 的最新 SDK 获取

步骤一：

假设编译的应用为 app.bin 可以参考下面的image_cfg.json文件配置进行打包生成 app.aic ：

{
     "pre-process": { // Pre-proccess to generate image components from raw data
        "aicimage": { // Create aic boot image
             "app.aic": {
                "loader": {
                    "file": "app.bin",
                    "load address": "0x30044000",
                    "entry point":  "0x30044100", // 256 byte aic header
                },
            },
        },
    },
}

此处 image_cfg.json 描述了将app.bin打包生成 app.aic ，放到 loader 区域，并且设置了加载地址和入口地址。

步骤二：

执行的命令如下：

mk_image.py -p -c <path_to_image_cfg_dir>/image_cfg.json -d <path_to_app_dir>

如果将 mk_image.py`` image_cfg.json ``app.bin 都放在一个目录，则命令为：

mk_image.py -p -c image_cfg.json -d .

在当前目录下会生成 app.aic ，此文件为芯片 Boot ROM 可加载的镜像文件。

运行和烧录客制化程序 ​

要运行上面生成的 app.aic 程序，有三个途径：

1.使用 USB/UART 工具下载运行

2.放到 SD卡 中运行

3.烧录到 Flash 中运行

使用 USB/UART 工具下载运行 ​

当 Flash 中没有可启动的镜像时，Boot ROM 启动失败，自动进入 USB/UART 升级模式，此时：

1.使用 USB 线连接板子和电脑，电脑可识别设备

2.或者使用串口线，连接板子的 UART0

注意
需要安装 AiBurn 工具，并且在安装过程中选择安装 USB 驱动。
注意
如果需要使用 UART 升级，则板子不能使用 USB 线连接电脑。Boot ROM 中的升级模式， 在没有连接成功之前，同时检测 USB 和 UART 的连接。只要其中一个连接成功，则不会再做交替检查。 因此如果使用 USB 线连接电脑，一旦电脑识别并连接上板子，则不会再进入 UART 升级模式。

此时可使用 AiBurn 安装目录下的 upgcmd.exe 工具下载并运行 app.aic :

USB 下载：

upgcmd.exe -l  # 确认板子连接成功

upgcmd.exe write 0x30044000 app.aic # 将 app.aic 下载到 Load address 处
upgcmd.exe exec 0x30044000          # 跳转运行 app.aic

此时 Boot ROM 校验并且运行 app.aic 。

UART 下载：

upgcmd.exe -u COM3 -l  # 确认板子连接成功，此处的 COM3 应根据实际情况做修改

upgcmd.exe -u COM3 write 0x30044000 app.aic # 将 app.aic 下载到 Load address 处
upgcmd.exe -u COM3 exec  0x30044000         # 跳转运行 app.aic
注意
当 Flash 有合法的启动镜像时，上电芯片会优先从 Flash 启动，不会进入升级模式。

放到 SD卡中运行 ​

如果 SDMC1 对应的卡座上插入了 SD 卡，上电启动过程中，总是优先检查 SD 卡，因此将 app.aic 放到 SD 卡中总是会被执行。

具体如下：

1.准备一张市面上常见的 SD卡，即TF卡

2.格式化为 FAT32/exFAT 文件系统，确保只有一个分区

3.参照下面的格式写一个 bootcfg.txt 文件，并且将 bootcfg.txt 和app.aic一起复制到 SD 卡文件系统的根目录

4.插卡到 SDMC1 对应的卡座，重启板子，即可运行 app.aic

bootcfg.txt 的内容如下：

boot0=app.aic  # 此处 boot0 是一个关键字，app.aic 可根据实际情况修改
注意
bootcfg.txt 中如有换行符，请确保使用 UNIX 格式的换行符，即 ‘\n’，不能是 ‘\r\n’。

烧录到 Flash 中运行 ​

D13x 支持的存储介质有：

  • SPINOR
  • SPINAND
  • SD/eMMC
自定义烧录 ​

Boot ROM 升级模式不支持烧录 Flash。 如果不使用 Luban-Lite 的烧录方案，则需要自行实现烧录功能。

开发者需要自行实现一个带烧录功能的程序如 flashwriter.aic ，通过 USB/UART/SD卡等方式运行起来，然后将 app.aic 烧录到指定的存储介质中。

通过 USB/UART 烧录:

1.通过 USB/UART，使用 upgcmd.exe write 命令将app.aic先写到一个预设的 SRAM 空间

2.下载运行 flashwriter.aic ， flashwriter.aic 从该位置读取 app.aic 的数据，并写入到 Flash

通过 SD 卡烧录： 1.SD 卡启动运行 flashwriter.aic

2.flashwriter.aic 从文件系统中读取 app.aic 的数据，并写入到 Flash

烧录位置：

  • 对于 SPINOR，只需将 app.aic 直接烧录到 Flash 的最开始位置即可，即 Flash 0 位置。
  • 对于 SD/eMMC，开始处需要预留17K Byte 的 GPT 分区头，因此从第 34 个 Sector 的位置烧录 app.aic。
注解
对于 SPINAND，由于需要进行坏块管理等，处理较为复杂，建议使用 SDK 的 BootLoader 进行烧录，此处不进行详细描述。
使用 SDK 的 BootLoader 烧录 ​

参考下面的配置，可以完成将app.aic烧录到指定的分区。

1.编译一个对应项目的 BootLoader

2.生成烧录镜像

3.使用 AiBurn 或者 upgcmd.exe 进行烧录

编译对应项目的 BootLoader:

例如 SPINOR 的方案，根据相近配置板子的项目，修改配置后，编译生成 BootLoader 程序。

如 output/d13x_demo88-nor_baremetal_bootloader/images/d13x.bin

即为编译后的 BootLoader 程序，可重命名为 bootloader.bin

对于没有 PSRAM 的项目，可以参考 G73x 的项目编译 BootLoader。

生成烧录镜像:

需要准备下列内容

  • 工具:

    • tools/scripts/mk_image.py/mk_image.exe

    • tools/scripts/gen_partition_table.py

    • tools/scripts/mk_private_resource.py

  • 文件: 参考相近存储的 demo 板的配置，如demo88-nor，如果没有 PSRAM，可参考 G73x 的对应文件

    • bsp/artinchip/sys/d13x/d13x.pbp

    • target/d13x/demo88-nor/pack/image_cfg.json

    • target/d13x/demo88-nor/pack/pbp_cfg.json

  • 配置修改

image_cfg.json 需要修改，可参考附录的配置

将下列文件放到一个目录：

  • mk_image.py/mk_image.exe
  • gen_partition_table.py
  • mk_private_resource.py
  • d13x.pbp
  • image_cfg.json
  • pbp_cfg.json
  • app.bin

执行命令生成烧录镜像：

gen_partition_table.py -c image_cfg.json -o partition.h -j partition.json
mk_private_resource.py -l pbp_cfg.json,partition.json pbp_cfg.bin
mk_image.py -v -d . -c image_cfg.json

烧录镜像:

upgcmd.exe 烧录

upgcmd.exe image  d13x_demo88-nor_v1.0.0.img

AiBurn 烧录，与 SDK 镜像文件烧录方法一致。

注意
注意，上述配置下，烧录完成后，重启时 Boot ROM 直接运行 app.aic ，因此如果需要重新进入 Boot ROM 升级模式， 需要通过短接 Flash 引脚，让芯片读取 Flash 内容失败然后进入升级模式。

初始化并使用 PSRAM ​

对于合封 PSRAM 的芯片，如果需要使用 PSRAM，可以使用 PBP 程序对 PSRAM 进行初始化。

PBP 程序是 Boot ROM 运行的程序，设计为 Boot ROM 的扩展，用于做 DRAM/PSRAM 的初始化。 PBP 程序运行完之后，可以直接返回 Boot ROM 然后继续跳转执行用户的程序。

当前 PBP 程序可以完成以下功能：

1.PSRAM 初始化

2.升级按键的检测，然后进入 Boot ROM 的升级模式

通过下列配置，可以完成 PSRAM 的初始化。

步骤1：工具和文件

需要使用下列工具：

  • tools/scripts/mk_image.py
  • tools/scripts/mk_private_resource.py

需要使用下列文件：

  • bsp/artinchip/sys/d13x/d13x.pbp
  • target/d13x/demo88-nor/pack/pbp_cfg.json

步骤2：启动镜像配置

image_cfg.json 参考下列配置：

{
     "pre-process": { // Pre-proccess to generate image components from raw data
        "aicimage": { // Create aic boot image
             "app.aic": {
                "loader": {
                    "file": "app.bin",
                    "load address": "0x30044000",
                    "entry point":  "0x30044100", // 256 byte aic header
                },
                "resource": {
                    "pbp": "d13x.pbp",
                    "private": "pbp_cfg.bin",
                },
            },
        },
    },
}

步骤3：生成镜像

将上述文件放到一个目录：

  • app.bin

  • d13x.pbp

  • pbp_cfg.json

  • mk_image.py

  • mk_private_resource.py

mk_private_resource.py -l pbp_cfg.json -o pbp_cfg.bin
mk_image.py -p -c image_cfg.json -d .

此时生成的app.aic 即包含了 PSRAM 初始化代码，并且在 app.aic 运行之前已经执行。

Boot ROM 直接加载的限制与注意事项¶ ​

1.启动速度

Boot ROM 运行时：

  • CPU 仅跑在 24 MHz

  • 没有使能 Cache

  • 没有使能中断

因此如果 APP 较大，可能出现加载速度较慢的情况。

2.SPINAND/eMMC 加载的镜像大小

 SPINAND：APP 不能超过2个物理块的大小，如果超过，则应该使用 BootLoader

 eMMC ：APP 不能超过 512K Byte，如果超过，则应该使用 BootLoader

附录配置 ​

image_cfg.json 的配置 ​

本配置为 SPINOR，使用 SDK 的 BootLoader 进行烧录的参考配置。

{
    "spi-nor": {
        "size": "16m", // Size of SPI NOR
        "partitions": {
            "spl":        { "size": "1m" },
        },
    },
    "image": {
        "info": { // Header information about image
            "platform": "d13x",
            "product": "demo88-nor",
            "version": "1.0.0",
            "media": {
                "type": "spi-nor",
                "device_id": 0,
            }
        },
        "updater": { // Image writer which is downloaded to RAM by USB
            "psram": {
                "file": "usbupg-psram-init.aic",
                "attr": ["required", "run"],
                "ram": "0x30044000"
            },
            "spl": {
                "file": "bootloader.aic",
                "attr": ["required", "run"],
                "ram": "0x40100000"
            },
        },
        "target": { // Image components which will be burn to device's partitions
            "spl": {
                "file": "app.aic",
                "attr": ["mtd", "required"],
                "part": ["spl"]
            },
        },
    },
    "pre-process": { // Pre-proccess to generate image components from raw data
        "aicimage": { // Create aic boot image
            "usbupg-psram-init.aic": {
                "head_ver": "0x00010001",
                "resource": {
                    "private": "pbp_cfg.bin",
                    "pbp": "d13x.pbp",
                },
            },
            "pbp_ext.aic": {
                "head_ver": "0x00010001",
                "resource": {
                    "pbp": "d13x.pbp",
                    "private": "pbp_cfg.bin",
                },
                // combine to use with loader.aic
                "with_ext": "true",
            },
            "loader.aic": {
                "head_ver": "0x00010001",
                "loader": {
                    "file": "bootloader.bin",
                    "load address": "0x40200000",
                    "entry point":  "0x40200100", // 256 byte aic header
                },
                "resource": {
                    "private": "pbp_cfg.bin",
                },
            },
            "app.aic": {
                "head_ver": "0x00010001",
                "loader": {
                    "file": "app.bin",
                    "load address": "0x40200000",
                    "entry point":  "0x40200100", // 256 byte aic header
                },
                "resource": {
                    "private": "pbp_cfg.bin",
                },
            },
        },
        "concatenate": { // cat files in order
            "bootloader.aic": ["pbp_ext.aic", "loader.aic"],
        },
    },
}

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