基于 TI Sitara系列 AM64x核心板——程序自启动说明

陈工-创龙科技

前 言

本文主要介绍AM64x的Cortex-A53、Cortex-M4F和Cortex-R5F核心程序自启动使用说明。默认使用AM6442进行测试演示，AM6412测试步骤与之类似。


本说明文档适用开发环境如下：
Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit
虚拟机：VMware15.5.5
Linux开发环境：Ubuntu 18.04.4 64bit
Linux Processor SDK：ti-processor-sdk-linux-rt-am64xx-evm-08.01.00.39
U-Boot：U-Boot-2021.01
CCS版本：CCS11.2.0
MCU+ SDK：mcu_plus_sdk_am64x_08_03_00_18
SysConfig：sysconfig-1.12.1_2446
GCC AARCH64 Compiler：gcc-arm-9.2-2019.12-mingw-w64-i686-aarch64-none-elf
本文测试板卡为创龙科技SOM-TL64x核心板，它是一款基于TI Sitara系列AM64x双核ARM Cortex-A53 + 单/四核Cortex-R5F + 单核Cortex-M4F设计的多核工业级核心板，通过工业级B2B连接器引出5x TSN Ethernet、9x UART、2x CAN-FD、GPMC、PCIe/USB 3.1等接口。核心板经过专业的PCB Layout和高低温测试验证，稳定可靠，可满足各种工业应用环境。

用户使用核心板进行二次开发时，仅需专注上层运用，降低了开发难度和时间成本，可快速进行产品方案评估与技术预研。


基于SBL引导裸机、FreeRTOS程序启动 程序启动流程说明

评估板上电后，固化在CPU内部的RBL将会先运行，RBL根据评估板BOOT SET从启动介质（如eMMC，Micro SD、SPI FLASH）读取SBL，然后通过SBL引导应用程序启动。
程序启动流程如下图所示。

图 1

目前官方提供的MCU+ SDK（版本为mcu_plus_sdk_am64x_08_03_00_18），SBL将会先读取应用程序至MSRAM，然后再进行解析。由于MSRAM空间有限，分配给SBL使用的内存空间仅512KByte，并且SBL运行需使用部分MSRAM空间。因此，为确保SBL引导应用程序正常启动，应用程序大小不能超过380KByte。

图 2

基于Micro SD卡启动 启动卡制作

请准备一张FAT32格式的Micro SD卡，通过读卡器将Micro SD卡连接至PC机。
双击产品资料“4-软件资料\Tools\Windows\”目录下PartManFree-Setup.exe分区管理软件，按默认安装即可。安装完成后，打开分区管理软件，将会自动识别到Micro SD卡分区，请右键选中该分区，点击"Set Active"设置为活跃分区，如下图所示。

图 3

进入MCU+ SDK组件安装目录"C:\ti\mcu_plus_sdk_am64x_08_03_00_18\tools\boot\sbl_prebuilt\am64x-evm\"，将sbl_sd.release.tiimage拷贝至Micro SD卡，并重命名为tiboot3.bin，如下图所示。
备注：sbl_sd.release.tiimage为官方提供的SBL镜像。

图 4

图 5

单核启动

本小节以Cortex-A53核心的led_flash裸机工程为例进行演示，Cortex-M4F和Cortex-R5F核心操作步骤与之类似。
请参考《FreeRTOS、Baremetal案例开发手册》文档，正确编译产品资料“4-软件资料\Demo\Baremetal-demos\led_flash\project\”目录下的led_flash_a53ss_nortos工程，然后将编译生成的led_flash_a53ss_nortos.appimage镜像文件拷贝至Micro SD卡，并重命名为app。

图 6

图 7

请将Micro SD卡插入评估板Micro SD卡槽，根据评估底板丝印将启动方式选择拨码开关拨为101000(1~6)，此档位为Micro SD启动模式。然后使用Micro USB线连接评估板的USB TO UART0调试串口至PC机，
请将评估板上电启动，串口调试终端将会打印如下类似启动信息。同时，可观察到评估底板LED1、LED2闪烁，说明程序自启动成功。

图 8

多核启动 本小节以Cortex-A53、Cortex-M4F和Cortex-R5F核心的led_flash裸机工程为例进行演示。
请在磁盘根目录新建一个非中文文件夹test，将产品资料“4-软件资料\Demo\Baremetal-demos\led_flash\bin\”目录下的led_flash_a53ss_nortos.out、led_flash_m4fss_nortos.out、led_flash_r5fss_nortos.out全部拷贝至该目录下。

图 9

右键Windows按钮，点击"Windows PowerShell(I)"，打开Windows PowerShell终端。

图 10

在Windows PowerShell终端执行如下命令进入test目录。
Window# cd E:\test\

图 11

• rprc文件生成
  

在Windows PowerShell终端执行如下命令，基于xxx.out文件使用CCS和MCU+ SDK生成xxx.rprc文件，xxx.rprc文件已包含可加载段的bin文件。CCS与MCU+ SDK路径请以实际情况为准。
Window# C:\ti\ccs1120\ccs/tools/node/node C:/ti/mcu_plus_sdk_am64x_08_03_00_18/tools/boot/out2rprc/elf2rprc.js led_flash_a53ss_nortos.out
Window# C:\ti\ccs1120\ccs/tools/node/node C:/ti/mcu_plus_sdk_am64x_08_03_00_18/tools/boot/out2rprc/elf2rprc.js led_flash_m4fss_nortos.out
Window# C:\ti\ccs1120\ccs/tools/node/node C:/ti/mcu_plus_sdk_am64x_08_03_00_18/tools/boot/out2rprc/elf2rprc.js led_flash_r5fss_nortos.out

图 12

执行完成后，将会在当前目录下生成了led_flash_a53ss_nortos.rprc、led_flash_m4fss_nortos.rprc、led_flash_r5fss_nortos.rprc文件。

图 13

• appimage文件生成
  

基于xxx.rprc文件生成镜像xxx.appimage，需指定启动核心的ID，对应关系如下表所示。
备注：AM6412包含1个Cortex-R5F核心：r5fss0_0；AM6442包含4个Cortex-R5F核心分别为：r5fss0_0、r5fss0_1、r5fss1_0、r5fss1_1。

表 1

在Windows PowerShell终端执行如下命令，将Cortex-A53、Cortex-M4F和Cortex-R5F核心的led_flash可执行程序合并为led_flash.appimage，并指定运行核心分别为a53ss0_0、m4fss0_0、r5fss0_0。
Window# C:\ti\ccs1120\ccs/tools/node/node C:/ti/mcu_plus_sdk_am64x_08_03_00_18/tools/boot/multicoreImageGen/multicoreImageGen.js --devID 55 --out led_flash.appimage led_flash_a53ss_nortos.rprc@0 led_flash_m4fss_nortos.rprc@14 led_flash_r5fss_nortos.rprc@4

图 14

执行完成后，将会在当前目录下生成led_flash.appimage镜像文件。

图 15

请将生成的led_flash.appimage镜像文件拷贝至Micro SD卡，并重命名为app。

图 16

请将Micro SD卡插入评估板Micro SD卡槽，根据评估底板丝印将启动方式选择拨码开关拨为101000(1~6)，此档位为Micro SD启动模式。然后使用Micro USB线连接评估板的USB TO UART0调试串口至PC机。
评估板上电启动，串口调试终端将会打印如下类似启动信息。同时，可观察到评估底板LED1、LED2、LED3闪烁，说明程序自启动成功。

图 17

基于Linux引导裸机、FreeRTOS程序启动 基于Linux启动

本小节以产品资料“4-软件资料\Demo\RTOS-demos\”目录下的ipc_rpmsg_echo_linux案例为例进行演示。该案例主要实现Cortex-A53与Cortex-R5F核间通信，以及Cortex-A53与Cortex-M4F核间通信。
请将案例bin目录下的am64-main-r5f0_0-fw、am64-main-r5f0_1-fw、am64-main-r5f1_0-fw、am64-main-r5f1_1-fw、am64-mcu-m4f0_0-fw镜像文件拷贝至评估板文件系统根目录下。

图 18

进入评估板文件系统，执行如下命令，删除原来的软链接。
Target# rm /lib/firmware/am64-main-r5f0_0-fw
Target# rm /lib/firmware/am64-main-r5f0_1-fw
Target# rm /lib/firmware/am64-main-r5f1_0-fw
Target# rm /lib/firmware/am64-main-r5f1_1-fw
Target# rm /lib/firmware/am64-mcu-m4f0_0-fw

图 19

执行如下命令，创建新的软链接。
Target# ln -sf /home/root/am64-main-r5f0_0-fw /lib/firmware/am64-main-r5f0_0-fw
Target# ln -sf /home/root/am64-main-r5f0_1-fw /lib/firmware/am64-main-r5f0_1-fw
Target# ln -sf /home/root/am64-main-r5f1_0-fw /lib/firmware/am64-main-r5f1_0-fw
Target# ln -sf /home/root/am64-main-r5f1_1-fw /lib/firmware/am64-main-r5f1_1-fw
Target# ln -sf /home/root/am64-mcu-m4f0_0-fw /lib/firmware/am64-mcu-m4f0_0-fw

图 20

请将评估板重启，在系统启动过程中，Cortex-R5F、Cortex-M4F核心将会引导启动。在评估板文件系统执行如下命令，查询Cortex-R5F、Cortex-M4F核心与remoteproc关系。
Target# head /sys/class/remoteproc/remoteproc*/name

图 21

表 2

备注：核心与remoteproc对应关系，请以实际情况为准。
执行如下命令，可查看Cortex-M4F、Cortex-R5F核心程序运行日志。
Target# cat /sys/kernel/debug/remoteproc/remoteproc0/trace0
Target# cat /sys/kernel/debug/remoteproc/remoteproc1/trace0
Target# cat /sys/kernel/debug/remoteproc/remoteproc2/trace0
Target# cat /sys/kernel/debug/remoteproc/remoteproc3/trace0
Target# cat /sys/kernel/debug/remoteproc/remoteproc4/trace0

图 22

工程配置说明 本小节主要演示如何在Cortex-R5F、Cortex-M4F核心的Baremetal（裸机）工程与FreeRTOS工程中添加Linux引导配置。
内存空间说明 如Cortex-R5F、Cortex-M4F核心的工程需支持基于Linux启动，则需进行内存空间分配，在Linux设备树中已指定内存空间，预留给Cortex-R5F、Cortex-M4F核心使用。内存空间分配如下图所示。

图 23

Cortex-M4F工程配置 本小节以Cortex-M4F核心的led_flash裸机工程为例进行演示。

• IPC配置
  

在syscfg配置文件，添加IPC配置，具体配置如下图所示。

图 24

• 编译器链接脚本修改
  

双击打开编译器链接脚本linker.cmd，修改脚本内容。

图 25

• 在SECTIONS命令中新增一个.resource_table段，具体代码如下所示。
  

GROUP {
/* This is the resource table used by linux to know where the IPC "VRINGs" are located */
.resource_table: {} palign(4096)
} > DDR_0

图 26

• 在MEMORY命令中，设置.resource_table段的加载地址为0xA4100000，作为Cortex-M4F预留内存空间，具体代码如下所示。
  

/* Resource table must be placed at the start of DDR_0 when M4 core is early booting with Linux */
DDR_0 : ORIGIN = 0xA4100000 , LENGTH = 0x1000

图 27

Cortex-R5F工程配置

本小节以Cortex-R5F核心的led_flash裸机工程为例进行演示。
AM6412包含1个Cortex-R5F核心：r5fss0_0；AM6442包含4个Cortex-R5F核心分别为：r5fss0_0、r5fss0_1、r5fss1_0、r5fss1_1。不同的Cortex-R5F核心，编译器链接脚本指定的.resource_table段加载地址有所不同，具体如下表所示。

表 3

led_flash_r5fss_nortos工程配置的Cortex-R5F核心为r5fss0_0，下面演示如何修改led_flash_r5fss_nortos工程配置，实现基于Linux引导启动r5fss0_0。

• IPC配置
  

在syscfg配置文件，添加IPC配置，具体配置如下图所示。

图 28

• UART配置
  

UART0为Cortex-A53核心（Linux系统）的调试串口。在led_flash_r5fss_nortos工程中已配置UART0作为调试串口，请在syscfg配置文件取消勾选"Enable UART Log"配置选项，或修改为Linux设备树中未使能的串口。

图 29

• 编译器链接脚本修改
  

双击打开编译器链接脚本linker.cmd，修改脚本内容。

图 30

修改内容如下：

• 启动代码链接至R5F_TCMA；
• 新增一个.resource_table段；
• 代码段、数据段、bss段、堆栈全部链接至DDR，在Linux上为r5fss0_0预留内存地址空间；
  

SECTIONS
{
GROUP {
.text.hwi: palign(8)
.text.cache: palign(8)
.text.mpu: palign(8)
.text.boot: palign(8)
.text:abort: palign(8) /* this helps in loading symbols when using XIP mode */
} > R5F_TCMA
GROUP {
.text: {} palign(8) /* This is where code resides */
.rodata: {} palign(8) /* This is where const's go */
} > DDR_1
GROUP {
/* This is the resource table used by linux to know where the IPC "VRINGs" are located */
.resource_table: {} palign(4096)
} > DDR_0
GROUP {
.data: {} palign(8) /* This is where initialized globals and static go */
} > DDR_1
GROUP {
.bss: {} palign(8) /* This is where uninitialized globals go */
RUN_START(__BSS_START)
RUN_END(__BSS_END)
.sysmem: {} palign(8) /* This is where the malloc heap goes */
.stack: {} palign(8) /* This is where the main() stack goes */
} > DDR_1
GROUP {
.irqstack: {. = . + __IRQ_STACK_SIZE;} align(8)
RUN_START(__IRQ_STACK_START)
RUN_END(__IRQ_STACK_END)
.fiqstack: {. = . + __FIQ_STACK_SIZE;} align(8)
RUN_START(__FIQ_STACK_START)
RUN_END(__FIQ_STACK_END)
.svcstack: {. = . + __SVC_STACK_SIZE;} align(8)
RUN_START(__SVC_STACK_START)
RUN_END(__SVC_STACK_END)
.abortstack: {. = . + __ABORT_STACK_SIZE;} align(8)
RUN_START(__ABORT_STACK_START)
RUN_END(__ABORT_STACK_END)
.undefinedstack: {. = . + __UNDEFINED_STACK_SIZE;} align(8)
RUN_START(__UNDEFINED_STACK_START)
RUN_END(__UNDEFINED_STACK_END)
} > DDR_1
/* Sections needed for C++ projects */
GROUP {
.ARM.exidx: {} palign(8) /* Needed for C++ exception handling */
.init_array: {} palign(8) /* Contains function pointers called before main */
.fini_array: {} palign(8) /* Contains function pointers called after main */
} > DDR_1
/* Sections needed for C++ projects */
GROUP {
.ARM.exidx: {} palign(8) /* Needed for C++ exception handling */
.init_array: {} palign(8) /* Contains function pointers called before main */
.fini_array: {} palign(8) /* Contains function pointers called after main */
} > DDR_1
}

图 31

图 32

• 设置.resource_table段的加载地址为0xA0100000，作为r5fss0_0核心预留内存空间；
• 设置共享内存链接至Linux为共享内存预留的内存地址空间。
  

/* Resource table must be placed at the start of DDR_0 when R5 cores are early booting with Linux */
DDR_0 : ORIGIN = 0xA0100000, LENGTH = 0x1000
DDR_1 : ORIGIN = 0xA0101000 , LENGTH = 0xEFF000
USER_SHM_MEM : ORIGIN = 0xA5000000, LENGTH = 0x80
LOG_SHM_MEM : ORIGIN = 0xA5000000 + 0x80, LENGTH = 0x00004000 - 0x80
RTOS_NORTOS_IPC_SHM_MEM : ORIGIN = 0xA5004000, LENGTH = 0x0000C000

图 33