基于 TI Sitara系列 AM64x核心板——程序自启动说明

Tronlong123

                          前 言
0 }: Y8 H% z) v 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。
% _5 d5 h2 @3 C( _! Z) k$ j
: F. ^* q3 T) c3 ?/ {3 v2 n
本说明文档适用开发环境如下：

4 J# ~3 n  I! n/ J Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit
6 N$ ~! u- t! @" W 虚拟机：VMware15.5.5
& ?, c2 ~+ y$ g+ H( ^; U Linux开发环境：Ubuntu 18.04.4 64bit
Linux Processor SDK：ti-processor-sdk-linux-rt-am64xx-evm-08.01.00.39
0 `  W& ^4 V! K" U5 W U-Boot：U-Boot-2021.01
CCS版本：CCS11.2.0
& Y. `) U( X! F- Y$ J  ?% Y mcu+ SDK：mcu_plus_sdk_am64x_08_03_00_18
SysConfig：sysconfig-1.12.1_2446
/ y/ M( i" o2 z0 s+ j5 q 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。


, B7 z$ ]3 a- Q" e1 y" K7 G$ {4 Q, R

- T' E8 [# W8 C( K+ _

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。
% c, i9 X; X3 ^

8 h; R5 q* L6 }- Y 基于SBL引导裸机、FreeRTOS程序启动
* m8 M% v9 y; o0 B7 N- x 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。
* W  z3 y% n$ X4 a6 ^, A 程序启动流程如下图所示。

  }6 u; T3 X1 d9 V) _# l4 a

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

  E# \! S! H, Z5 @- u! l9 P$ F; [6 F  W

基于Micro SD卡启动
0 ^) B" Z  D( Y2 \1 J( Y 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。
1 f: h3 V; I% L9 h, R, ] 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。
; P, t6 I+ t9 q2 I7 J) Y2 u$ P

  r/ p% m, p- y2 Q" r

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。
: l+ Y0 N1 ]4 v 备注：sbl_sd.release.tiimage为官方提供的SBL镜像。
& {6 s+ }4 Y7 Z2 H9 E$ ?

1 Y( W/ X( L6 \4 O* [$ R4 K9 p5 V

/ ~; W& Z, L6 z- l+ n* y+ G

图 4

* {# c, F1 ~8 q& E- l# H; z- T

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。
3 k. M8 q  P; J& j 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。

& [4 @# p$ u( Y/ y$ |5 R

图 6

/ M4 ~% c4 Y4 |0 p

* u0 I% I: }: L3 b) G

图 7

: z& b# I4 G: y" k. k8 v

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，
- @! K2 J  v# Q& D  Q: ^ 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。

9 O4 \$ \5 f- c5 V+ V
8 z. Y7 q& I) K7 u1 |- }: W

; ^; y" d4 [6 X- w- m

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。
: q1 n' `6 k; S 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。

9 V% ~3 u8 m9 N% ?; D2 j6 F! ]

图 9

右键Windows按钮，点击"Windows PowerShell(I)"，打开Windows PowerShell终端。
& d( J7 K7 e3 L! _# X

图 10

在Windows PowerShell终端执行如下命令进入test目录。
) w2 ~- y9 ~( ?0 I! D  b" G Window# cd E:\test\
1 m: Y5 \4 h8 a: {7 \1 _/ t; I

, ?) f* A0 |* X$ L2 ^7 Q

图 11

/ F$ V' e, J2 k' [

• rprc文件生成
  . I) }, J9 M, R7 }: \' O$ e# O  L

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
: ~( w4 k# `5 h7 ?$ L! c$ V 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
- n' G6 q" h. q7 _

+ ]+ r6 H. s. W* J4 _

图 12

( U0 a, d* L5 c5 Y# O- ^

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。

3 r$ e# N0 I" @

图 13

2 ^$ I! A* Q  h

• appimage文件生成
  / E- V6 L4 v7 {; O2 y3 R2 i! J

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。
' W9 [; U* a9 I% f/ `) @9 S 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。

, W7 I* ~2 |4 e; X
) ^" ~9 p- w' y2 y' ^. n

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

8 d0 L0 v, I6 E: Z

; j! U+ o/ u5 W

图 14

0 f1 H* a6 ?1 d7 T( U6 k

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

: h" f- C4 Y7 K: h

& E- k' D# p; v7 V( W1 ]2 P. u, w+ w

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。

) l. x1 j0 j& }" g7 S8 u- z. L

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。
  X, k; W/ ?. q+ c

+ n" J. f% h, J$ n( x( ~

8 L& m0 t) o" d# k

图 17

3 e- T7 W" P) C6 k% B! W4 {

基于Linux引导裸机、FreeRTOS程序启动
, l9 r; `$ ]( v: i 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。

/ i! G9 R" p/ b! j  l

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


. K* F, d/ `* v( y. d

: z: Y3 A0 M7 J* C. y1 z5 F0 I

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
3 [6 A+ f+ v5 ~: R- Z7 n7 ^. G4 l 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

% L5 p5 N  g, H9 V

图 20

6 t% _% r! c$ x9 A( t2 @

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。
$ o7 {+ h4 k0 \7 v! f- v& A# G! f0 A Target# head /sys/class/remoteproc/remoteproc*/name
- r5 S: M$ {  p/ w$ K: F/ z0 s

" Q3 D. L; Q- o+ ?- A

图 21

/ t- L  H: H* H# A. ?, W# G4 [- P

表 2

备注：核心与remoteproc对应关系，请以实际情况为准。
4 r  {7 }. s# p/ A0 F# _0 f 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
# o. W0 u% J4 q/ T& a0 U2 E Target# cat /sys/kernel/debug/remoteproc/remoteproc1/trace0
Target# cat /sys/kernel/debug/remoteproc/remoteproc2/trace0
4 A% ?7 R4 P6 n& d Target# cat /sys/kernel/debug/remoteproc/remoteproc3/trace0
8 p% @8 f; Q0 L. D* d( t6 B) j Target# cat /sys/kernel/debug/remoteproc/remoteproc4/trace0
  ^3 s- x& C( ~) B3 U6 h; `/ p
7 C- f( p3 J" r8 j( l5 H. q

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。

9 Q$ K1 n" Q0 K! B
2 ?9 }3 O9 F) u6 ^ 内存空间说明
0 ^! y" G: C& L9 G1 Q" S 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。


" s) t* W5 H8 W7 K

, \) R, [- q) |) @4 o8 ?8 x4 [

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。
/ S3 D, n6 y  h3 l/ I
; X" ]; `  J4 N- s+ n# h* o. T

图 24

' v9 x) ^# |/ E# H  X

• 编译器链接脚本修改
  ' {. Y0 b. ?, w) y

双击打开编译器链接脚本linker.cmd，修改脚本内容。

# e* h) R0 H0 J3 m

图 25

6 ^/ O& b  n- {0 x6 ~* D: w% W

• 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 */
. J6 l: \( P- |* D! n! |: l3 g .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。
  : z8 \% C2 L9 G; A! }

/* 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
5 r* L5 v% v+ |

" y. \$ T4 ]' e0 O+ b2 u, ~

/ o4 ]% m3 {8 v5 I

图 27

$ L5 _$ K" a, Q

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。
( j1 r# m: o% F 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。

% `2 S$ r+ Y6 u
6 i* n- Z9 s3 a0 r' `

* b& w6 b& t. M6 K! c; V* z3 v, m

表 3

9 j) y# y0 \$ i3 i. m2 @8 x6 L; \

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。
7 H6 d& z6 t; v. v& s

• IPC配置
  , T2 [; a5 N2 d+ f( ~

在syscfg配置文件，添加IPC配置，具体配置如下图所示。

4 i$ _1 U" Z6 ]1 d0 ?7 _
: V* ]6 H0 ]- ^# Y& k9 H+ ~

图 28

" y+ C  U" Z5 z

• UART配置
  ' A$ u& A& S$ a9 e5 |7 s

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。

2 f' |' x: x- h/ k

: s& j- V  Y' }2 [" Q2 l

图 29

9 n( L. k2 g$ T; r* ?

• 编译器链接脚本修改
  . Z/ D3 |/ |- m/ _' j4 D/ U* P) I/ x! y

双击打开编译器链接脚本linker.cmd，修改脚本内容。
0 i$ H! c) k, V; H6 v: v$ X
8 |# l% N# E) h* R& _/ E
5 v4 R! ]5 ^2 u/ Z9 J0 X

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；
  , Y  @3 i: T) ?6 `# W

SECTIONS
; ?9 ], r& k  ?' |  `$ |" i {
GROUP {
: ?3 Y  R/ m3 K% H1 \; A .text.hwi: palign(8)
( w2 j. m4 p9 d* m/ A8 Y8 U .text.cache: palign(8)
/ }, R' Q9 W) f .text.mpu: palign(8)
% n) @4 }  M6 c! X& R! G. ? .text.boot: palign(8)
.text:abort: palign(8) /* this helps in loading symbols when using XIP mode */
} > R5F_TCMA
GROUP {
$ n3 y9 T: E' m5 l; D' ?3 s .text: {} palign(8) /* This is where code resides */
.rodata: {} palign(8) /* This is where const's go */
} > DDR_1
GROUP {
3 I- L: m, {9 L! [ /* This is the resource table used by linux to know where the IPC "VRINGs" are located */
: f: R) B/ v& @( r! | .resource_table: {} palign(4096)
} > DDR_0
; c# D. t1 I! z3 a. K7 _9 u GROUP {
, t8 k/ a" ]' \ .data: {} palign(8) /* This is where initialized globals and static go */
+ S- [7 o/ n6 }  ~6 h; g$ ]0 S } > DDR_1
1 C; o5 N8 K9 U( w( O GROUP {
( Q5 L( r% i( C' S" Y8 p .bss: {} palign(8) /* This is where uninitialized globals go */
& X2 o$ F5 `  g RUN_START(__BSS_START)
* Q/ p$ y8 p* z* L! T3 `' |5 ~ RUN_END(__BSS_END)
.sysmem: {} palign(8) /* This is where the malloc heap goes */
: j. P: d5 z- [9 j& j .stack: {} palign(8) /* This is where the main() stack goes */
' @  y6 p! D) l } > DDR_1
GROUP {
.irqstack: {. = . + __IRQ_STACK_SIZE;} align(8)
RUN_START(__IRQ_STACK_START)
RUN_END(__IRQ_STACK_END)
2 F) l0 M0 ]- h% b .fiqstack: {. = . + __FIQ_STACK_SIZE;} align(8)
% i0 l: u, I4 i RUN_START(__FIQ_STACK_START)
RUN_END(__FIQ_STACK_END)
.svcstack: {. = . + __SVC_STACK_SIZE;} align(8)
RUN_START(__SVC_STACK_START)
9 D6 B) p# ^; X RUN_END(__SVC_STACK_END)
.abortstack: {. = . + __ABORT_STACK_SIZE;} align(8)
RUN_START(__ABORT_STACK_START)
RUN_END(__ABORT_STACK_END)
0 z' ^( U" h- n9 h .undefinedstack: {. = . + __UNDEFINED_STACK_SIZE;} align(8)
RUN_START(__UNDEFINED_STACK_START)
9 G# |% D' f) F- Y3 u RUN_END(__UNDEFINED_STACK_END)
+ @  U5 e& R* G! { } > DDR_1
; E0 J  k2 f, Y9 a /* Sections needed for C++ projects */
. O* v# K+ V# i0 k  s( \ GROUP {
3 ~  Y( ~3 Q9 g6 O; E# [/ I" c4 ~ .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 */
* J. a$ h9 I" K* C .fini_array: {} palign(8) /* Contains function pointers called after main */
+ E/ N' D; M3 H$ V7 n: \ } > DDR_1
8 @/ Q; J* n" G5 @" N7 C }
! w4 R! P3 F  e  A& l( M

图 31

图 32

+ j5 w) D: I) M

• 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。
  . E  D4 d! p7 H) C8 C

/* 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
5 S' P) f, p; O DDR_1 : ORIGIN = 0xA0101000 , LENGTH = 0xEFF000
) h- o+ r" a1 e  q# b( z1 t/ S 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
7 g% f. G, K/ x* m6 t2 I+ n3 I/ T7 `! o

3 E. A1 x, L2 m3 I6 Q% A1 u

图 33

9 |  U3 d8 n! A3 }- A
" s& k$ y$ _7 V4 t! y
' P; n8 S) _  }- F! d0 [  C) [' g

awnatech

配置的过程很详细，性能方面还的测试一下