转自 | 痞子衡嵌入式
今天给大家介绍多个MCU（i.MXRT）共享一颗Flash启动的方法。
有些特殊的客户的应用会采用多颗 i.MXRT芯片设计一主多从的硬件架构（目的不一，或仿多核 MCU 系统、或拓展 GPIO 数量），因为 i.MXRT 片内无非易失性存储器，这时候为整个系统配置合适的启动设备保证每个 i.MXRT 都能加载程序正常启动是头等大事。
因为 i.MXRT 支持的启动设备类型众多，此处我们暂讨论连接在 FlexSPI 外设上的 NOR Flash 作为启动设备。熟悉 i.MXRT 的 朋友都知道，其片内 ROM 功能强大，这种情况下系统可采用的 Flash 连接启动方式并不单一，今天作者就和大家讨论下这个话题并且给大家介绍一种创新方法：
Note：本篇是上篇，主要介绍理论方法，下篇为具体实践。
一、多i.MXRT系统启动的传统设计
1.1 每个i.MXRT独享一个Flash
首先介绍得是大家直觉里第一反应的方案，那就是每个 i.MXRT 都有专属 Flash，互不干扰，这种方案没啥好说的，就是简单粗暴，但是它也有明显的优缺点：
- 优点：
1. 系统启动快，多 i.MXRT 同时启动
2. 每个 i.MXRT 均可以 XiP 启动
3. 每个 i.MXRT 单独更新专属 Flash（可同时进行，OTA 加速且程序版本管理简单）
- 缺点：
1. 硬件设计稍复杂，PCB 面积大，Flash 数量多导致成本高
2. 程序烧写流程增多（需烧写多颗 Flash），量产不便
1.2 仅主i.MXRT连接一个Flash
当主从系统里从 i.MXRT 数量多到一定程度，上述方法里的缺点就被无限放大了，Flash 数量扎眼，量产时间过长，这时候项目经理一定会跳出来让你降成本（Flash成本，产线时间成本），于是你就开始想办法减少 Flash 数量。
此时我们可以借助 i.MXRT 的 ROM ISP 功能，由主 i.MXRT 先启动运行 Flash 里的 bootloader ，然后由 bootloader 来读取 Flash 里的应用程序并通过 ISP 接口直接加载到从 i.MXRT 的内部 SRAM 里运行（多个从 i.MXRT 可按序串行下载也可并行下载，从 bootloader 设计角度来说一般是按序串行下载），当然这种方式同样有明显的优缺点：
- 优点：
1. 简化了硬件设计，PCB 面积减小，仅需一颗 Flash
2. 简化了程序烧写流程（仅需烧写一颗 Flash），方便量产
- 中性：
1. 仅有主 i.MXRT 可以 XiP 启动，从 i.MXRT 都只能 Non-XiP 启动
2. 主 i.MXRT 统一负责 OTA 升级任务（loading 较大）
- 缺点：
1. 需要额外设计符合 ROM ISP 协议的 bootloader 让主 i.MXRT 执行去加载从 i.MXRT 程序
2. 整个系统启动时间变长（如果从 i.MXRT 程序由 bootloader 按序串行下载，UART 接口速度慢）
3. 如果从 i.MXRT 程序不同，Flash 里会分区域存储不同程序，带来复杂的 OTA 版本管理问题
二、一种共享Flash启动的创新方法
上述改进方法达到了降硬件成本的目的，但是也带来了一个无法避免的系统整体启动时间过长的问题（bootloader 实现 ROM ISP 功能如果选择 USB 接口，需要额外加 Hub，还是存在硬件成本问题；如果选择 UART 接口，速度较低，程序加载时间无法忍受）。
有没有更好的方法？作者既然这么问了，那就一定是有！我们可以创新地把一颗 Flash 同时连到多个 i.MXRT 上，主 i.MXRT 能够控制所有从 i.MXRT 的 POR_B 电平。系统上电，主 i.MXRT 先 Non-XIP 启动，然后主 i.MXRT 逐一释放从 i.MXRT 的 POR_B 让它们分时占用 Flash 去 Non-XIP 启动，现在我们再来分析下它的优缺点：
- 优点：
1. 简化了硬件设计，PCB 面积减小，仅需一颗 Flash
2. 简化了程序烧写流程（仅需烧写一颗 Flash），方便量产
- 中性：
1. bootloader 可有可无，即使有也非常简单，无需承担程序加载任务
2. 整个系统启动时间可控（分时复用 Flash 启动，FlexSPI 接口加载速度较高）
3. 系统里仅有一个 i.MXRT（可主可从）可以 XiP 启动，其余 i.MXRT 都只能 Non-XiP 启动
4. 每个 i.MXRT 均可承担 OTA 升级任务，具有一定灵活性
- 缺点：
1. 如果从 i.MXRT 程序不同，Flash 里会分区域存储不同程序，带来复杂的 OTA 版本管理问题
至此，多个i.MXRT共享一颗Flash启动的方法作者便介绍完毕了。理论介绍完毕，接下来给大家讲述实践验证的方法。
三、搭建硬件平台
理论上任意两块 i.MXRT 开发板均可以用作硬件测试平台（这里仅考虑一主一从，至于一主多从原理差不多），但是痞子衡手头 MIMXRT1010-EVK_Rev.C 开发板较多，就选用它来做测试吧，痞子衡对硬件做了如下改动：
去除从板上 U13 - Flash 保留主板上 U13 - Flash，并且飞线连接到从板 U13（低速启动仅需 CS, SCLK, IO0, IO1） 主板主芯片 GPIO_11 信号（R1870 靠主芯片端，非 D25 LED 端）连到从板主芯片 POR_B（SW3 的 Pin3/4）
四、软件代码设计
有了硬件平台，现在开始设计代码。为了简单起见，主从 i.MXRT 共用一份 App（可以在条件分支里做区分）。因为 Flash 是共享的，所以 App 必须是 Non-XIP 性质。要让芯片 BootROM 去支持 Non-XIP 启动，得使用专用上位机工具（比如痞子衡的 MCUBootUtility 或者恩智浦官方 SPT ）来下载程序镜像文件，这样稍微麻烦一点。为了避免下载程序的麻烦，我们可以简单设计一个 boot_loader 工程来拷贝和跳转 boot_app 程序。
代码仓库：https://github.com/JayHeng/func-imxrt-flexspi-share-flash-boot-multiple-mcu
两个工程路径：
/boards/evkmimxrt1010/demo_apps/boot_loader
/boards/evkmimxrt1010/demo_apps/boot_app
4.1 boot_loader 工程设计
boot_loader 工程是一个 XiP 工程，由芯片 BootROM 直接启动。我们可以直接基于 SDK 里的 hello_world 来修改（flexspi_nor target），先对它的启动头 FCB 做如下修改（1-bit SPI 30MHz Normal Read Mode）：
boot_app 工程是一个 Non-XiP 工程，也可以基于 SDK 里的 hello_world 来修改（debug target），它生成的 binary 直接导入到 boot_loader 工程里，具体方法可参见 《i.MXRT双核工程调试的三种方法(IAR篇)》 一文里的 2.3 通用方法：双核工程有关联，主核加载从核 小节，这里不再赘述。
boot_loader 工程里有了 boot_app 数据以及链接地址，拷贝和跳转函数设计就比较简单了，都是通用代码。最终调稳定的 boot_loader 工程可以直接在 IDE 里下载到 Flash 里运行（需调试器连接到主板 SWD 口）。
4.2 boot_app 工程设计
现在来到最核心的 boot_app 工程设计，工程还是基于 hello_world，可以从串口接收简单的字符指令(A,B...)来做不同测试，目前设计了六个测试指令：
字符指令 A（仅适用主 i.MXRT）- 将 GPIO_11 输出电平由低变高控制 POR_B 信号以释放从 i.MXRT
字符指令 B（仅适用主 i.MXRT）- 将 GPIO_11 输出电平由高变低控制 POR_B 信号以复位保持从 i.MXRT
字符指令 C（适用主/从i.MXRT）- 初始化 Flash 相关引脚为 FlexSPI 功能
字符指令 D（适用主/从i.MXRT）- 恢复 Flash 相关引脚为默认 GPIO 状态
字符指令 E（适用主/从i.MXRT）- 以一线模式擦写读 U13 Flash
字符指令 F（仅适用从 i.MXRT）- 用定时器不断翻转 GPIO_11 来驱动 D25 LED 闪烁
这里需要特别说一下指令 A 和 E，这里面涉及到主/从 i.MXRT 芯片 FlexSPI 引脚共同驱动一个 Flash 的冲突问题。当主 i.MXRT 执行 A 指令来释放从 i.MXRT 时，需要先执行 D 指令（即调用如下函数）将 FlexSPI 引脚恢复到上电默认 GPIO 状态（BootROM 启动时已将这些引脚配置成了 FlexSPI 功能），否则从 i.MXRT 可能无法正常从 Flash 启动。
void bsp_deinit_flexspi_pins(void)
{
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_06_GPIO2_IO06, 0U);
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_07_GPIO2_IO07, 0U);
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_09_GPIO2_IO09, 0U);
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO_SD_10_GPIO2_IO10, 0U);
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_06_GPIO2_IO06, 0x10A0U);
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_07_GPIO2_IO07, 0x10A0U);
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_09_GPIO2_IO09, 0x10A0U);
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO_SD_10_GPIO2_IO10, 0x10A0U);
}
C 指令和 E 指令显然是结伴而行的，当从 i.MXRT 执行过 C,E 指令且仍处于激活状态时，如果主 i.MXRT 想正常执行 C,E 指令，要么先执行 B 指令直接将从 i.MXRT 复位保持住（FlexSPI 相关引脚配置也自动复位了），要么让从 i.MXRT 先执行下 D 指令。
五、在板卡上测试
现在给板卡供电，将包含 boot_app 的 boot_loader 程序下载进 Flash，主板串口是 COM43，从板串口是 COM50，我们做一个快速测试，给主板直接发送 A 指令发现从板没有启动，但是执行过 D 指令后再发送 A 指令，这时候从板就正常启动了。此外主/从板也都能对 Flash 进行正常擦写，这证明我们的创新连接方法是切实可行的。
至此，多个i.MXRT共享一颗Flash启动的方法作者介绍完毕！
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