痞子衡嵌入式：快速定位i.MXRT600板级设计ISP[20]启动模式引脚上电时序问题的方法

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

编程

　　大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是一种快速定位i.MXRT600板级设计ISP[2-0]启动模式引脚上电时序问题的方法。

　　我们知道恩智浦i.MXRT600是主打音频市场的MCU产品，其也是i.MXRT三位数平台的第一款型号。这颗MCU已被众多知名国际大厂客户选用，在项目中作为协处理器负责音频相关子功能。不少客户都已经到了量产阶段，最近痞子衡在支持其中一个量产客户，客户遇到了同一批次某几个板卡无法正常启动的问题。痞子衡和同事一起排查，最终发现是ISP[2:0]启动引脚电平上电时序问题。这其实是个典型问题，痞子衡今天教你一招快速定位此类问题的方法：

一、引出上电时序问题

　　我们先来看看客户的问题，下面是客户板卡简图，i.MXRT600是负责音频功能的协处理器，它的启动引脚ISP[2:0]与主应用处理器(AP)连接了起来（客户项目设计里，AP并不负责控制i.MXRT600的启动模式），为了防止对i.MXRT600上电ISP引脚采样有影响，客户还特地在中间加了一层反向隔离电路。

  • 注：其实i.MXRT600支持Serial Boot模式，这种模式下i.MXRT600作为协处理器，其应用程序数据可直接由AP通过指定的UART/I2C/SPI/USB下载进i.MXRT600的内部RAM运行，能省去一颗外部Flash。

　　客户量产过程中，同一批次几百块板卡，有一两块板卡上i.MXRT600无法启动。客户做了少量ABA实验：将无法启动板卡上的i.MXRT600芯片吹下来，换到能正常启动板卡上，依然无法启动。反过来，能正常启动板卡上的i.MXRT600芯片换到无法正常启动的板卡上，这块板卡就能正常启动了。

　　从上面ABA实验来看，似乎不是板级设计问题，像是出问题的板卡上i.MXRT600芯片自身问题。痞子衡拿到一块出问题的板子，上电后测量了ISP[2:0]引脚电平，其值是3"b011 - FlexSPI Boot from Port A，上电稳定后ISP设置是没问题的，但刚上电时i.MXRT600 BootROM到底采样到的是什么ISP电平值没人知道。

　　下面是客户板卡上ISP部分反向隔离设计，为了验证是ISP采样时机问题，我们特意对电路进行改造将RT600_BOOT0和RT600_BOOT2分别强行拉高和拉低，然后给板卡重新上电，终于板卡能正常启动了。

　　所以我们可以得出初步结论，对于i.MXRT600从上电到BootROM进行ISP采样，这段时间不是一个严格固定值，因芯片制造差异，这个时间应该是在一定范围内，板级供电设计时上电时间应留有足够余量。客户这个项目里上电时间余量留得不足，导致无法满足个别i.MXRT600芯片ISP采样时间要求。

二、BootROM中对于启动模式的处理

　　在介绍快速定位ISP采样时机问题方法前，痞子衡先带大家了解下i.MXRT600 BootROM中关于启动模式的处理流程。

　　咱们先回顾下痞子衡的旧文 《Boot配置(ISP_Pin/OTP)》，每次i.MXRT600芯片硬复位，OTP中的部分关于系统配置的值会被自动加载到OCOTP模块相应Shadow Register里（关于OCOTP外设基础知识可参考 《OTP及其烧写方法》），BootROM中主要用如下 get_runtime_boot_device_info() 函数来获取最终启动模式，并将其存在全局变量 s_bootDeviceInfo 中。

  • 注：代码中 OCOTP->OTP_SHADOW[0x60] 寄存器低四位即芯片参考手册里提及的 PRIMARY_BOOT_SRC[3:0]

static boot_device_info_t s_bootDeviceInfo;
void get_runtime_boot_device_info(void)
{
    // 从OTP Shadow Register获取启动模式
    uint32_t bootSrc = OCOTP->OTP_SHADOW[0x60] & 0x0f;
    boot_device_info_t bootDeviceInfo = { 0 };
    if (bootSrc == 0) // Isp Pin
    {
        // 从ISP[2:0]引脚获取启动模式 
        bootSrc = get_bootpin_mode();
        // 对 bootDeviceInfo 成员进一步赋值
    }
    else
    {
        // 对 bootDeviceInfo 成员进一步赋值
    }
    s_bootDeviceInfo = bootDeviceInfo;
}

　　每一次i.MXRT600系统软复位去重新执行BootROM时，ISP[2:0]引脚状态都会被重新采样，这完全是软件采样。ROM中ISP采样功能函数如下面 get_bootpin_mode() 所示，代码中做了IO电平去抖处理：

#define BOOT_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT 500
uint32_t get_bootpin_mode(void)
{
    uint32_t bootSrc = 0;
    // 使能GPIO外设
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_HsGpio1);
    RESET_PeripheralReset(kHSGPIO1_RST_SHIFT_RSTn);
    // 设置ISP引脚为GPIO模式，并使能上拉.
    IOPCTL->PIO[1][15] = IOPCTL_PIO_FSEL(0) | IOPCTL_PIO_PUPDENA(1) | IOPCTL_PIO_PUPDSEL(1) | IOPCTL_PIO_IBENA(1);
    IOPCTL->PIO[1][16] = IOPCTL_PIO_FSEL(0) | IOPCTL_PIO_PUPDENA(1) | IOPCTL_PIO_PUPDSEL(1) | IOPCTL_PIO_IBENA(1);
    IOPCTL->PIO[1][17] = IOPCTL_PIO_FSEL(0) | IOPCTL_PIO_PUPDENA(1) | IOPCTL_PIO_PUPDSEL(1) | IOPCTL_PIO_IBENA(1);
    // 配置ISP引脚GPIO属性为数字输入模式.
    GPIO->DIR[1] &= ~((1U << 15) | (1U << 16) | (1U << 17));
    // Note1: 管脚默认上拉是disable的，ROM需要使能管脚上拉.
    // Note2: 从使能管脚上拉到读取管脚值之间应间隔10us以上.
    sw_delay_us(10);
    // 采样ISP引脚值
    for (uint32_t pin = 17; pin >= 15; pin--)
    {
        uint32_t readCount = 0;
        for (uint32_t i = 0; i < BOOT_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT; i++)
        {
            readCount += GPIO->B[1][pin] & 0x1;
        }
        if (readCount >= BOOT_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT / 2)
        {
            bootSrc |= 0x1;
        }
        if (pin != 15)
        {
            bootSrc <<= 1;
        }
    }
    return bootSrc;
}

　　上面就是BootROM中关于启动模式的处理代码。那么有没有方法挂上调试器通过查后门方式直接读取到 s_bootDeviceInfo 变量值呢？很抱歉，不可以！即使痞子衡也做不到，虽然痞子衡能通过查BootROM map文件得知这个变量放在 0x10012d38 地址处。但是i.MXRT600 BootROM中集成了 《Debug Mailbox机制》，我们无法通过调试器读取正常运行后的ROM状态，这条路行不通。

三、快速定位ISP[2:0]电平采样问题

　　第一小节介绍的客户项目启动问题，其实还算比较好定位，因为有ABA实验在先，基本可以明确问题就出在ISP采样时机上。但更多时候，在客户项目研发阶段，没有ABA实验的条件，可能仅有一块板卡，并且Flash配置以及App里启动头是否正确都尚待验证。这种情况下，我们就需要一种快速甄别是否是ISP采样时机因素导致的启动问题。

　　当芯片无法启动时，我们第一想法肯定是要得知第二小节介绍里 s_bootDeviceInfo 到底是什么值，这样我们就能反推ISP引脚到底在ROM里是什么采样值，但这条路行不通。换个角度想，我们能不能不让BootROM去采样ISP引脚，换一种替代方式来决定启动模式，如果这种情况下能按替代设置去启动，就也可以反证ISP引脚采样时机有问题。

　　这种启动模式替代设置方法就是痞子衡今天要教大家的方法，利用调试器临时改写OCOTP->OTP_SHADOW[0x60]值（对的，我们可以不烧写OTP），改写完成后对芯片做一次软复位即可。OCOTP->OTP_SHADOW寄存器组仅芯片硬件复位或者执行OCOTP更新命令其值才会被重新加载，软复位不会影响其值。

四、在MIMXRT685-EVK上做一次实验

　　让我们在MIMXRT685-EVK上做一次实验，这块板卡上Flash连到了FlexSPI0 Port B上，我们随意下载一个SDK XIP工程，并将ISP引脚拨码设为3"b010 - FlexSPI Boot from Port B，复位后芯片能正常启动，工程运行正常。

　　现在我们将ISP引脚拨码设为3"b110 - Serial ISP，软复位后芯片进入了ISP下载模式，不会从Flash启动。查芯片头文件得知 OCOTP->OTP_SHADOW[0x60] 寄存器地址是 0x50130180，我们现在尝试改写这个寄存器。

/** OCOTP - Register Layout Typedef */
typedef struct {
  __IO uint32_t OTP_SHADOW[496];                   /**< OTP shadow register N, array offset: 0x0, array step: 0x4 */
       uint8_t RESERVED_0[64];
  __IO uint32_t OTP_CTRL;                          /**< Control/address register, offset: 0x800 */
  // 省略...
} OCOTP_Type;
/** Peripheral OCOTP base address */
#define OCOTP_BASE                               (0x50130000u)
/** Peripheral OCOTP base address */
#define OCOTP_BASE_NS                            (0x40130000u)
/** Peripheral OCOTP base pointer */
#define OCOTP                                    ((OCOTP_Type *)OCOTP_BASE)
/** Peripheral OCOTP base pointer */
#define OCOTP_NS                                 ((OCOTP_Type *)OCOTP_BASE_NS)

　　挂上J-Link调试器，打开J-Link Commander，连接芯片，注意选择"MIMXRT685_M33"，然后使用w4命令在0x50130180地址处写入0x00000005（在PRIMARY_BOOT_SRC[3:0]定义里，4"b0101是QSPI_B_BOOT）。

　　继续执行reset和go命令（或者按一下板载软复位按钮RESET BUTTON SW3），这时候你可以看到芯片从Flash正常启动了，SDK XIP工程又运行起来了，显然这时候ISP引脚电平设置被忽略了，因此我们找到了有效的启动模式替代设置方法。

　　最后有一点要注意，在使用J-Link软复位时，如果看到如下log，得检查下配套JLinkScript里的ResetTarget()函数具体功能，要确保内核真的被复位了。

　　至此，快速定位i.MXRT600板级设计ISP[2-0]启动模式引脚上电时序问题的方法痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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