最近，关于恩智浦i.MXRT1xxx系列MCU从Serial NAND启动的咨询越来越多，使这一相对小众的启动方式受到了更多关注。根据观察，客户的主要目的是在应用中基于Serial NAND构建文件系统（在文件存储或多媒体数据应用方面，Raw NAND的传统优势正在减弱），并顺带将其用于应用程序代码的启动。
借此机会，本文将详细介绍在Serial NAND上制作、下载和启动程序的全流程方法。
Note：文中贴图与代码示例主要以 i.MXRT1050 为例，其余 i.MXRT1xxx 系列原理相似。
一、支持的Serial NAND型号
Serial NAND的供应商和具体型号非常繁多。如果你在为i.MXRT选型时感到困惑，可以考虑以下四款经过实测验证的芯片：
Macronix MX35LF2G24AD (120MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/2Gb Device, 8-bit/544byte ECC, 3.3V)
Winbond W25N01GV (104MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/1Gb Device, 1-bit/528byte ECC, 3.3V)
GigaDevice GD5F1GQ5UEYIG (133MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/1Gb Device, 4-bit/528byte ECC, 3.3V)
Micron MT29F1G01ABA (133MHz, x4 bits, 2KB Page/128KB Block/1Gb Device, 8-bit/Sector ECC, 3.3V)
一个需要特别注意的关键点是：与《i.MXRT从Raw NAND启动》一文中既可使用软件ECC也可利用Flash自带硬件ECC不同，从Serial NAND启动必须依赖Flash自带的硬件ECC功能。
二、Serial NAND的硬件连接
除了i.MXRT1010/1024/1064不支持Serial NAND启动外，其余i.MXRT1xxx系列均支持。其中，i.MXRT10xx系列仅支持一组固定的引脚连接组合，而i.MXRT11xx则支持多组组合。以i.MXRT1050为例，其BootROM支持通过以下引脚复用（PinMux）连接Serial NAND进行启动：
下图是IMXRT1050EVK12_Rev.A开发板上四线QSPI Flash的连接设计。板载默认的U33芯片是Serial NOR Flash，我们可以将其替换为同封装的Serial NAND。例如，可以将其更换为MX35LF2G24AD进行测试，同时需要将FLASH_VCC的供电相应地改为3.3V：
三、Serial NAND的加载与启动过程
我们知道，Serial NAND中只能放置非就地执行（Non-XIP）的应用程序（这些程序需链接到内部SRAM或外部RAM空间）。其启动加载流程与《从 Serial(1-bit SPI) NOR/EEPROM恢复启动》一文中描述的流程类似（可参考该文第3节）。
i.MXRT的BootROM处理Serial NAND启动的流程与处理Raw NAND启动几乎一致，都依赖于FCB（Flash Configuration Block）和DBBT（Discovery Bad Block Table）这两个核心数据结构。当然，Serial NAND和Raw NAND对这两个数据结构的具体成员定义有所不同。关于FCB和DBBT的详细作用与机制，在《i.MXRT从Raw NAND启动》一文的第三、四小节已有清晰阐述，此处不再重复。
i.MXRT1050参考手册的System Boot章节描绘了上电启动时，BootROM代码搜索FCB和DBBT的流程图。只有成功找到这两个数据结构，应用程序才能被正常加载。这里有一个至关重要的细节：FCB和DBBT是在配套的Flashloader执行过程中动态生成的，因为它们涉及NAND Flash内部具体的坏块分布信息。这意味着我们无法像对待NOR Flash那样，在PC端预先制作出一个包含完整启动头（FCB、DBBT、IVT、BD）的NAND可启动镜像。
四、将应用程序下载至Serial NAND
现在假设你已经制作好一个可启动镜像（Bootable image），并且使用blhost工具与Flashloader建立了基本通信，正准备开始将镜像下载到Serial NAND中。此时，我们只需要提供简化的12到44字节配置数据，即可完成Serial NAND的全部配置。以下是以MX35LF2G24AD为例的应用程序下载更新命令序列：
// 在SRAM中临时存储Serial NAND配置数据（FCB选项）
blhost -u -- fill-memory 0x20202000 0x4 0xC2000103 // searchCount=2， searchStride = 64 pages， 地址类型：块地址， 选项块大小：3个长字
blhost -u -- fill-memory 0x20202004 0x4 0x2020200C // NAND选项地址
blhost -u -- fill-memory 0x20202008 0x4 0x4004 // image0 从第4个块开始，最大长度为4个块
// 在SRAM中临时存储Serial NAND配置数据（NAND选项）
blhost -u -- fill-memory 0x2020200C 0x4 0xC0020023 // Flash容量：2Gbit， 1个平面， 每块64页， 页大小：2KB， 最大频率：60MHz
// 使用Serial NAND配置数据配置FlexSPI接口并写入完整的FCB、DBBT数据
blhost -u -- configure-memory 0x101 0x20202000
上述 fill-memory 命令中的FCB选项配置数据组织格式详见下表：
上述 fill-memory 命令中的NAND选项配置数据组织格式详见下表：
上述表格描述的12-44字节数据主要提供了FCB和NAND设备属性的配置信息。configure-memory 命令成功执行后，后续只需从Serial NAND对应的块地址开始下载可启动镜像即可，具体步骤如下：
// 擦除Serial NAND并将镜像下载到Serial NAND中
blhost -u -- flash-erase-region 0x4 0x4 0x101 // 从第4个块开始擦除，擦除范围为4个块
blhost -u -- write-memory 0x4 bt_image.bin 0x101 // 从第4个块开始下载包含ivt、bd的镜像文件
当然，以上所有繁琐的命令行操作都可以使用MCUBootUtility工具（v5.2.1及以上版本）一键完成，其图形化界面使配置和烧录过程更加直观便捷：
五、进入Serial NAND启动模式
应用程序成功下载到Serial NAND后，我们就可以开始设置芯片从Serial NAND启动了。
首先，需要确保BOOT_MODE[1:0] = 2‘b10，即芯片处于内部启动（Internal Boot）模式。然后，再来选择启动设备。启动设备由BOOT_CFG1[7:4]这四个引脚的电平输入状态决定，其中Serial NAND启动模式对应为4’b11xx。
六、配置eFuse以从Serial NAND启动
设置好芯片从Serial NAND启动的模式后，我们还需要最后关注与Serial NAND相关的具体特性配置，这些配置主要集中在芯片内部的eFuse区域0x6e0/0x450中。根据前面的配置，这里我们只需要将BOOT_SEARCH_COUNT位设置为1，其余位保持默认值0即可。
这里单独解释一下COL_ADDRESS_WIDTH，其默认值为0，即12位。这看起来对应了4KB的页大小，但由于ECC特性，在这种设置下，低2KB的页空间用于存储真实数据，而高2KB的页空间实际上属于所谓的“备用（Spare）”区域，会被Flash自动用于存放ECC校验码。不过，这个Spare区域的有效范围在64字节到128字节之间不等（对于MX35LF2G24AD则是128字节）。
完成上述所有步骤后，复位芯片，你应该就能看到存放在Serial NAND中的应用程序正常启动了。
希望这篇关于恩智浦i.MXRT1xxx系列MCU串行NAND启动的详细指南能对你的项目开发有所帮助。如果在实践过程中遇到任何问题，欢迎到专业的开发者社区与其他工程师交流探讨。
发表于 3 小时前
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