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飛思卡爾Kinetis系列MCU的KBOOT配置。
KBOOT是支持配置功能的，配置功能可分為兩方面：一、芯片系統的啟動配置；二、KBOOT特性配置；痞子衡在前一篇文章里介紹了 KBOOT形態(ROM/Bootloader/Flashloader)，雖然KBOOT有三種形態，但實際上只有2種類型的芯片載體，即含ROM空間的芯片（比如Kinetis K80）和不含ROM空間的芯片（比如Kinetis KL25），KBOOT配置在這兩種載體上是有區別的，下面痞子衡為大家詳解KBOOT配置：
一、啟動配置：FTFx_FOPT, BOOT Pin, RCM_FM
芯片系統的啟動配置主要決定的是芯片上電從哪里（ROM/Flash）開始啟動，所以這個啟動配置對於含ROM空間的芯片特別重要，而不適用於不含ROM空間的芯片。
1.1 啟動方式選擇Flash Configuration Field - FOPT
熟悉Kinetis芯片的朋友肯定知道，Kinetis芯片都是含內部Flash的，內部Flash起始地址一般是0x00000000，Flash操作是通過FTFx這個IP模塊實現的，如果你對FTFx模塊了解的話，這個IP模塊內部其實有一些寄存器屬性是readonly的，並且從手冊里看這些readonly寄存器的初值是undefined，截取K80芯片FTFA模塊中這些readonly寄存器如下：
既然這些寄存器是readonly屬性並且初值又是undefined的，那么其初值到底取決於什么？這里就涉及到Kinetis芯片中比較特別的FCF加載機制，FCF即Flash Configuration Field，其區域地址為Flash偏移0x400 - 0x40f，一共16個bytes，這16bytes內容組織如下：
任何一次熱啟動后，芯片系統會自動從FCF區域加載初值進FTFx相應寄存器中，我們主要關注的是跟啟動配置相關的FTFx_FOPT寄存器（特別注意，當FCF中對應FOPT的值是無效值0x00時，在加載過程中芯片自動會給FOPT賦值0xFF），下面是FTFx_FOPT寄存器的bit定義，其中BOOTSRC_SEL和BOOTPIN_OPT位是關鍵（注意這兩個位在不含ROM空間的芯片上是reserved的）。
BOOTSRC_SEL和BOOTPIN_OPT的值共同決定了芯片的啟動位置（ROM/Flash）：
- BOOTPIN_OPT = 1: 啟動位置完全由BOOTSRC_SEL決定。
- BOOTPIN_OPT = 0: 啟動位置由BOOTSRC_SEL和BOOTCFG0 pin共同決定。
因此當在FCF里指定FOPT為0xFF時，芯片上電永遠從ROM啟動；當在FCF里指定FOPT為0x3F時，芯片上電永遠從Flash啟動。
1.2 啟動位置切換BOOT Pin
在1.1節的最后痞子衡提到了BOOTCFG0 pin，其實BOOTCFG0 pin對於含ROM空間芯片而言就是BOOT Pin，這個BOOT Pin是芯片系統直接指定的，與NMI pin復用（在上電以及ROM執行過程中，NMI pin原本中斷功能是被屏蔽的）。
你一定會疑惑BOOT pin有什么用？讓我們再回到1.1節的最后，0x3F和0xFF是兩種比較典型的FOPT啟動配置值，但是這種配置值指定的是固定啟動位置，除非你擦除FCF重新燒寫，不然無法輕易改變啟動位置。但是有的時候我們想在不擦除FCF情況下自由切換啟動位置ROM/Flash，這時候就得依靠BOOT Pin，此時我們需要在FCF里指定FOPT為0x3D，讓我們結合下面的TWR-K80F150M原理圖來說明：
在上述TWR-K80F150M原理圖中，我們可以看到兩個按鍵開關（SW2,SW1）分別連到了K80芯片的NMI_b pin和RESET_b pin，當我們配置FOPT為0x3D時，即啟動位置由BOOTSRC_SEL（2'b00，即從Flash啟動）和BOOTCFG0（NMI）共同決定，如果在RESET_b pin（SW1）按下復位過程中，BOOTCFG0 pin（SW2）一直被按下，那么芯片會從ROM啟動（並且超時也不會跳轉到Application）；而如果BOOTCFG0 pin（SW2）沒有被按下，那么芯片會從Flash啟動。是不是瞬間覺得這樣切換啟動位置很方便！
其實BOOT Pin設計不僅僅只在含ROM空間的芯片上存在，在不含ROM空間的芯片上也支持，只不過在不含ROM空間的芯片上，BOOT Pin是由Bootloader代碼指定的（需要查看芯片手冊Bootloader章節或源代碼），我們知道當芯片不含ROM時，上電默認從Flash起始地址處啟動，而Flash起始地址已被Flash-Resident Bootloader占據，所以上電永遠執行Flash-Resident Bootloader，此時BOOT Pin的意義主要是決定是否要超時跳轉到Application，如果BOOT Pin在RESET_b pin按下復位過程中一直被按下，那么芯片將會一直停留在Bootloader中；如果BOOT Pin沒有被按下，那么芯片在執行Bootloader超時時間到了之后會跳轉到Application。
1.3 強制從ROM熱啟動RCM_FM
我們知道芯片復位啟動分為冷啟動（POR Pin）和熱啟動（RESET_b Pin），冷啟動是最為徹底的啟動（所有寄存器初值全部重置），而熱啟動並不是徹底啟動（有些寄存器初值不會重置），RCM模塊里有1個寄存器（RCM_FM）就只有冷啟動才能被重置，而且這個寄存器與從ROM啟動息息相關，不得不提。下面是RCM_FM和RCM_MR寄存器的bit定義：
上述兩個寄存器只在含ROM空間的芯片上存在，其作用是為了保證ROM在執行期間即使不小心發生熱啟動，下一次還是會強制執行ROM程序，而不受FOPT, BOOT Pin狀態變化影響。ROM程序里操作RCM_FM/MR寄存器使能了這一強制ROM啟動功能，具體代碼如下：
// ROM statrup過程中調用的函數
void SystemInit (void)
{
// ...
// Set Force ROM bits in RCM. We only set bit 2, so the RCM_MR register doesn't
// falsely show that the ROM was booted via boot pin assertion.
RCM->FM = RCM_FM_FORCEROM(2);
// ...
}
// ROM跳轉到Application之前調用的函數
void shutdown_cleanup(bool isShutdown)
{
// ...
// Disable force ROM.
RCM->FM = RCM_FM_FORCEROM(0);
// Clear status register (bits are w1c).
RCM->MR = RCM_MR_BOOTROM(3);
// ...
}
因為ROM里有了上述代碼，所以只要芯片上電執行過ROM程序，除非是ROM主動跳轉到了Application或者發生了冷啟動，否則任何與ROM有關的配置修改操作都不會影響到下一次啟動ROM的執行，這種機制可以確保Application一定會被ROM下載進Flash。
二、特性配置：BCA
除了啟動配置外，KBOOT還支持特性配置，我們知道KBOOT提供的特性功能非常多，比如支持的外設種類豐富、超時時間可設、Application完整性校驗、USB ID可設、運行時鍾可配、加密特性支持、QSPI啟動支持，這些特性可以通過BCA來配置，BCA是Bootloader Configuration Area的簡稱，KBOOT通過從BCA區域加載用戶配置數據完成這些特性配置。BCA配置結構體原型如下（以K80芯片為例）：
//! @brief Format of bootloader configuration data on Flash.
typedef struct BootloaderConfigurationData
{
uint32_t tag; //!< [00:03] Tag value used to validate the BCA data. Must be set to 'kcfg'.
uint32_t crcStartAddress; //!< [04:07]
uint32_t crcByteCount; //!< [08:0b]
uint32_t crcExpectedValue; //!< [0c:0f]
uint8_t enabledPeripherals; //!< [10:10]
uint8_t i2cSlaveAddress; //!< [11:11]
uint16_t peripheralDetectionTimeoutMs; //!< [12:13] Timeout in milliseconds for peripheral detection before jumping to application code
uint16_t usbVid; //!< [14:15]
uint16_t usbPid; //!< [16:17]
uint32_t usbStringsPointer; //!< [18:1b]
uint8_t clockFlags; //!< [1c:1c] High Speed and other clock options
uint8_t clockDivider; //!< [1d:1d] One's complement of clock divider, zero divider is divide by 1
uint8_t bootFlags; //!< [1e:1e] One's complemnt of direct boot flag, 0xFE represents direct boot
uint8_t pad0; //!< [1f:1f] One's complemnt of direct boot flag, 0xFE represents direct boot
uint32_t mmcauConfigPointer; //!< [20:23] Holds a pointer value to the MMCAU configuration
uint32_t keyBlobPointer; //!< [24:27] Holds a pointer value to the key blob array used to configure OTFAD
uint8_t reserved[8]; //!< [28:2f] Reserved.
uint32_t qspi_config_block_pointer; //!< [30:33] QSPI config block pointer.
} bootloader_configuration_data_t;
如果你想配置KBOOT的特性，必須按上述結構體格式准備好配置數據，具體數據值所代表含義請查看芯片手冊Bootloader章節，痞子衡在后續文章里也會慢慢講到。此處假設你已經准備好了BCA數據，那么這個BCA數據應該放在哪里呢？其實KBOOT已經指定好了BCA位置，見如下代碼，BCA起始地址固定在APP_VECTOR_TABLE地址偏移0x3c0處，對於ROM Bootloader而言，BCA地址就是0x3c0，因為APP_VECTOR_TABLE=0；而對於Flash-Resident Bootloader而言，BCA地址是Bootloader指定的Application起始地址偏移0x3c0處。
//! @brief Flash constants.
enum _flash_constants
{
//! @brief The bootloader configuration data location .
//!
//! A User Application should populate a BootloaderConfigurationData
//! struct at 0x3c0 from the beginning of the application image which must
//! be the User Application vector table for the flash-resident bootloader
//! collaboration.
kBootloaderConfigAreaAddress = (uint32_t)(APP_VECTOR_TABLE) + 0x3c0
};
最后再解釋一下BCA地址為何是APP_VECTOR_TABLE + 0x3c0，我們知道ARM Cortex-M系統規定Application前1KB（0x0 - 0x3FF）應放中斷向量表，Cortex-M最大支持256個中斷，其中前16個是系統中斷，后240個是外設中斷，而Cortex-M廠商生產的芯片一般用不滿240個外設中斷，所以其實中斷向量表后半部分其實是reserved的，因此我們可以把reserved區域里的0x3C0 - 0x3FF這64bytes用作BCA配置。
至此，飛思卡爾Kinetis系列MCU的KBOOT配置痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~
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