# IMX6ULL镜像文件分析

正常情况下我们编译出来的固件后缀`.bin`，但是针对imx6ull需要对裸机程序`.bin`前面加上一部分数据，该部分数据用来初始化ddr相关等内容。例如最大的uboot程序，最终下载到芯片里面的是加过头部数据的`u-boot.imx`，而不是`u-boot.bin`。

![](media/1627116391920.png)

在裸机编程中，烧录过程如下：

1. 裸机生成的`.bin`文件前面通过工具打上头部信息，生成`.imx`文件；
2. 通过`dd`命令烧录到sd卡；
3. 让板子通过sd卡启动，来运行裸机程序。

## 内部BootRom

imx6ull内部有一段iROM（96kb）用来存放NXP厂家固化好的boot，假如我们自己编译的程序`led.bin`链接地址为`0x80100000`，那么bootRom主要功能如下：

1. bootRom会把EMMC或TF卡的前4K数据读入到芯片内部RAM运行
2.  bootRom根据DCD进行初始化DDR。
3.  bootRom根据IVT，从EMMC或TF卡中将led.bin读到DDR的0x80100000地址
4. 跳转到DDR的0x80100000地址执行

![](media/image-20210802145856706.png)



![](media/1627121222753.png)

## 头部组成数据分析

Imx6ull镜像组成结构如下图所示：

![](media/1627121993538.png)

**解释如下**：

1. 空偏移：芯片厂商设定下图说明了在不同的存储介质中空偏移的大小，如下图所示：

   ![](media/1627120966004.png)

   以SD卡/EMMC为例，空偏移1k+3k(ivt+BootData+DCD)，构成整个固件头部(4k)，所以实际在4k开始地址处才是真正的用户`bin`文件，如下图所示：

   ![](media/image-20210727085257234.png)

2. Image vector table 简称IVT：组成如下

   ![](media/image-20210727085407296.png)

   1. Tag-[1 byte]：固定为0xD1
   2. Length-[2 byte]：IVT表的长度，大端格式
   3. Version-[1 byte]：0x40 或者 0x41

3. Boot Data 启动数据：镜像的加载地址和大小

   ![](media/image-20210727085747065.png)

4. Device configuration data 简称DCD：

   DCD其实就是 I.MX6U寄存器地址和对应的配置信息集合， Boot ROM会使用这些寄存器地址和配置集合来初始化相应的寄存器，比如开启某些外设的时钟、初始化 DDR等等。 DCD区域不能超过 1768Byte，DCD数据组成如下：

   ![](media/image-20210727090109090.png)

   1. DCD的Header和IVT的Header类型结构一致

      ![](media/image-20210727090153192.png)

      - Tag-[1 byte]：固定为0xD2
      - Length-[2 byte]：DCD区域的大小，大端格式
      - Version-[1 byte]：0x40 或者 0x41

   2. DCD的CMD格式如下：

      ![](media/image-20210727090435690.png)

      - Tag-[1 byte]：固定为0xCC

      - Length-[2 byte]：写入命令的长度，大端格式

      - Parameter-[1 byte]：结构如下：

        ![](media/image-20210727090550457.png)

        - bytes：表示目标位置宽度，单位为byte，可以选择1、2和4字节
        - flags：命令控制位

      - Address和 Vlalue/Mask就是要初始化的寄存器地址和相应的寄存器值，注
        意采用的是大端模式！

5. Bin文件：即编译的真正的应用程序`.bin`



## 实际imx镜像分析

![](media/image-20210727091229017.png)

从0地址我们将前44个字节的数据按照4个字节一组组合在一起如下所示，这 44个字节的数据就是 IVT和 Boot Data数据。

```
0X402000D1、0X87800000、 0X00000000、 0X877FF42C、 0X877FF420、 0X877FF400、 0X00000000、 0X00000000、
0X877FF000、 0X00200000、 0X00000000。
```

### IVT表分析

|           | IVT表      |                                                              |
| --------- | ---------- | ------------------------------------------------------------ |
| IVT结构   | 数据       | 描述                                                         |
| header    | 0X402000D1 | 第一个字节 Tag为0XD1，<br/>第二三两个字节为 IVT大小，所以 IVT大小为 0X0020=32字节。<br/>第四个字节固定为 0X40 |
| entry     | 0X87800000 | 入口地址，也就是镜像第一行指令所在的位置。就是我们的链接地址。 |
| reserved1 | 0X00000000 | 未使用，保留                                                 |
| dcd       | 0X877FF42C | DCD起始地址：镜像地址为 0X87800000 IVT+Boot Data+DCD整个大小为 3KByte。因此 load.imx的起始地址就是 0X87800000-0XC00=0X877FF400。因此 DCD起始地址相对于 load.imx起始地址的偏移就是 0X877FF42C-0X877FF400=0X2C，也就是说load.imx的 0X2C这个地址开始就是 DCD数据了。 |
| boot data | 0X877FF420 | boot data起始地址， header里面已经设置了 IVT大小是 32个字节，所以 boot data的地址就是0X877FF400+32=0X877FF420 |
| self      | 0X877FF400 | IVT复制到 DDR中以后的起始地址。                              |
| csf       | 0X00000000 | CSF地址。                                                    |
| reserved2 | 0X00000000 | 保留，未使用。                                               |

### BootData分析

|                | Boot Data  |                                                     |
| -------------- | ---------- | --------------------------------------------------- |
| Boot Data 结构 | 数据       | 描述                                                |
| start          | 0X877FF000 | 整个load.imx的起始地址，包括前面 1KByte的地址偏移。 |
| length         | 0X00200000 | 镜像大小，这里设置2MByte。镜像大小不能超过2MByte    |
| plugin         | 0X00000000 | 插件。                                              |

### DCD分析

前面提到，DCD数据是从0X2C地址开始的，从0X2C处我们得到4个字节为一组的数据组合为

```
0X40E801D2、0X04E401CC、0X020C4068、0XFFFFFFFF、……、0X020C4080、0XFFFFFFFF、0X020E04B4、0X000C0000、0X020E04AC、0X00000000、0X020E027C、0X00000030、……0X020E0248等
```

| DCD结构            | 数据       | 描述                                                         |
| ------------------ | ---------- | ------------------------------------------------------------ |
| header             | 0X40E801D2 | 第一个字节 Tag为 0XD2<br/>第二和三这两个字节为 DCD大小， 0X01E8=488字节<br/>第四个字节为 0X40 |
| Write Data Command | 0X04E401CC | 第一个为 Tag，固定为 0XCC，<br/>第二和三这两个字节命令总长度，为 0X01E4=484个字节。<br/>第四个字节是 Parameter，为 0X04，表示目标位置宽度为 4个字节。 |
| Address            | 0X020C4068 | 寄存器 CCGR0地址                                             |
| Value              | 0XFFFFFFFF | 要写入寄存器 CCGR0的值，表示打开 CCGR0控制的所有外设时钟。   |
| ……                 | ……         | CCGR1~CCGR5这些寄存器的地址和值。                            |
| Address            | 0X020C4080 | 寄存器 CCGR6地址                                             |
| Value              | 0XFFFFFFFF | 要写入寄存器 CCGR6的值，表示打开 CCGR6控制的所有外设时钟。   |
| Address            | 0X020E04B4 | 寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_GRP_DDR_TYPE寄存器地址。            |
| Value              | 0X000C0000 | 设置 DDR的所有 IO为 DDR3模式。                               |
| Address            | 0X020E04AC | 寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_GRP_DDRPKE地址。                    |
| Value              | 0X00000000 | 所有 DDR引脚关闭 Pull/Keeper功能。                           |
| Address            | 0X020E027C | 寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_DRAM_SDCLK0_P                   |
| Value              | 0X00000030 | DRAM_SDCLK0_P引脚为 R0/6。                                   |
| ……                 | ……         | 全部是 DDR引脚设置                                           |
| Address            | 0X020E0248 | 寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_DRAM_DQM1                       |
| Value              | 0X00000030 | DRAM_DQM1引脚驱动能力为 R0/6                                 |
| Address            | 0X021B001C | MMDC_MDSCR寄存器                                             |
| Value              | 0X00008000 | MMDC_MDSCR寄存器值                                           |
| ……                 | ……         | MMDC相关寄存器地址及其寄存器值。                             |
| Address            | 0X021B0404 | MMDC_MAPSR寄存器                                             |
| Value              | 0X00011006 | MMDC_MAPSR寄存器配置值                                       |
| Address            | 0X021B001C | MMDC_MDSCR寄存器                                             |
| Value              | 0X00000000 | MMDC_MDSCR寄存器清零                                         |

DCD里面的初始化配置主要包括三方面：

1. 设置 CCGR0~CCGR6这 7个外设时钟使能寄存器，默认打开所有的外设时钟。
2. 配置 DDR3所用的所有 IO。
3. 配置 MMDC控制器，初始化 DDR3

## 启动方式

| 编号 | 名称   | NAND FLASH | eMMC | SD   | USB  |
| ---- | ------ | ---------- | ---- | ---- | ---- |
| 1    | MODE0  | 0          | 0    | 0    | 1    |
| 2    | MODE1  | 1          | 1    | 1    | 0    |
| 3    | CFG1-4 | 1          | 0    | 0    | X    |
| 4    | CFG1-5 | 0          | 1    | 0    | X    |
| 5    | CFG1-6 | 0          | 1    | 1    | X    |
| 6    | CFG1-7 | 1          | 0    | 0    | X    |
| 7    | CFG2-3 | 0          | 1    | 0    | X    |
| 8    | CFG2-5 | 0          | 0    | 1    | X    |

**注意**：其中的USB启动模式主要用来配合NXP官方的`mfgtool`工具烧录镜像。

总结一下，我们编译出来的 .bin文件不能直接烧写到 SD卡中，需要在 **.bin**文件前面加上 IVT、 Boot Data和 DCD这三个数据块。这三个数据块是有指定格式的，我们必须按照格式填写，然后将其放到 .bin文件前面，最终合成的才是可以直接烧写到 SD卡中的文件。

## 如何添加头部信息

上文介绍镜像文件的组成方式，其中IVT表中Entry、dcd等数值意义，如下图：链接地址是用户自己指定的。所以当用户指定完链接地址paddr后，我们就可以推算出，图中A、B、C、D的地址。

![](media/image-20210727150442715.png)

我们只需把这些4kb的头部数据给添加到用户自己编译的bin文件上，就可以得到最后的`.imx`文件。

使用软件源码如下：

```c
/*
 * IMX6ULL
 *   imx6ull download tool(refer to from ALIENTEK)
 *
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2021-01-11     Lyons        first version
 * 2021-01-28     Lyons        add notes throw if sd not exited
 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

#define PARAM_DDR_SIZE_256M     (0)
#define PARAM_DDR_SIZE_512M     (1)

/* source bin data offset in imx file */
#define IMX_FILE_BIN_OFFSET     (3072)

#define IMX_FILE_NAME           "load.imx"

#define ADDR_ENTRY              (0x80100000) /* 链接地址 */
#define ADDR_SELF               (ADDR_ENTRY - 3*1024)
#define ADDR_START              (ADDR_ENTRY - 4*1024)
#define ADDR_DCD                (ADDR_SELF + 0x2C)
#define ADDR_BOOT               (ADDR_SELF + 0x20)
#define IMAGE_SIZE              (3*1024*1024)

#define LOG_D(...)      \
do \
{ \
    printf(__VA_ARGS__); \
    printf("\r\n"); \
} while(0);

const int _k_imx6_256mb_ivt_dcd_tbl[256];
const int _k_imx6_512mb_ivt_dcd_tbl[256];

int main( int argc, char *argv[] )
{
    FILE *fp = NULL;
    unsigned char *dummy_buf = NULL;
    unsigned char cmd_buf[1024];
    int file_len;
    int ddr_size;

    LOG_D("--------------------------");
    LOG_D("imx6ul image download tool");
    LOG_D("build %s %s", __DATE__, __TIME__);
    LOG_D("--------------------------");

    switch (argc)
    {
        case 3:
            ddr_size = PARAM_DDR_SIZE_256M;
            break;

        case 4:
            if (0 == strcmp(argv[3], "-256m")) {
                ddr_size = PARAM_DDR_SIZE_256M;
                break;
            }
            if (0 == strcmp(argv[3], "-512m")) {
                ddr_size = PARAM_DDR_SIZE_512M;
                break;
            }
            break;

        default:
            LOG_D("Help Menu:");
            LOG_D("<toolname> <source_bin> <sd_device> [<-512m or -256m>]");
            return -1;
    }

    char *source_bin_name = argv[1];
    char *sd_device_name = argv[2];

    if (0 != access(sd_device_name, F_OK))
    {
        LOG_D("can not open sd device %s!", sd_device_name);
        return -1;
    }

    fp = fopen(source_bin_name, "rb");
    if (NULL == fp)
    {
        LOG_D("can not open file %s!", source_bin_name);
        return -1;
    }

    fseek(fp, 0L, SEEK_END);
    file_len = ftell(fp);
    fclose(fp);
    LOG_D("file %s size = %dBytes", source_bin_name, file_len);

    dummy_buf = calloc(1, file_len + IMX_FILE_BIN_OFFSET);
    if (NULL == dummy_buf)
    {
        LOG_D("memory malloc failed!");
        goto _main_exit;
    }

    fp = fopen(source_bin_name, "rb");
    fread(&dummy_buf[IMX_FILE_BIN_OFFSET], 1, file_len, fp);
    fclose(fp);

    /* add DCD data to head of imx file */
    switch (ddr_size)
    {
        case PARAM_DDR_SIZE_256M:
            LOG_D("DDR size: 256MB");
            memcpy(dummy_buf, _k_imx6_256mb_ivt_dcd_tbl, sizeof(_k_imx6_256mb_ivt_dcd_tbl));
            break;

        case PARAM_DDR_SIZE_512M:
            LOG_D("DDR size: 512MB");
            memcpy(dummy_buf, _k_imx6_512mb_ivt_dcd_tbl, sizeof(_k_imx6_512mb_ivt_dcd_tbl));
            break;

        default:
            break;
    }

    /* remove old imx file and create a new one */
    LOG_D("delete old %s ...", IMX_FILE_NAME);
    sprintf(cmd_buf, "rm -rf %s", IMX_FILE_NAME);
    system(cmd_buf);

    LOG_D("create new %s ...", IMX_FILE_NAME);
    sprintf(cmd_buf, "touch %s", IMX_FILE_NAME);
    system(cmd_buf);

    fp = fopen(IMX_FILE_NAME, "wb");
    if (NULL == fp)
    {
        LOG_D("can not open file %s!", IMX_FILE_NAME);
        goto _main_exit;
    }

    file_len += IMX_FILE_BIN_OFFSET;
    if (file_len != fwrite(dummy_buf, 1, file_len, fp))
    {
        LOG_D("file write failed!");
        fclose(fp);
        goto _main_exit;
    }

    fclose(fp); //save and start download!

    sprintf(cmd_buf, "sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=%s of=%s bs=512 seek=2", IMX_FILE_NAME, sd_device_name);
    LOG_D("download %s to %s ...", IMX_FILE_NAME, sd_device_name);
    system(cmd_buf);

_main_exit:
    if (dummy_buf)
        free(dummy_buf);

    return 0;
}

const int _k_imx6_512mb_ivt_dcd_tbl[256] =
{
    0X402000D1,ADDR_ENTRY,0X00000000,ADDR_DCD,  ADDR_BOOT, ADDR_SELF, 0X00000000,0X00000000,
    ADDR_START,IMAGE_SIZE,0X00000000,0X40E801D2,0X04E401CC,0X68400C02,0XFFFFFFFF,0X6C400C02,
    0XFFFFFFFF,0X70400C02,0XFFFFFFFF,0X74400C02,0XFFFFFFFF,0X78400C02,0XFFFFFFFF,0X7C400C02,
    0XFFFFFFFF,0X80400C02,0XFFFFFFFF,0XB4040E02,0X00000C00,0XAC040E02,0X00000000,0X7C020E02,
    0X30000000,0X50020E02,0X30000000,0X4C020E02,0X30000000,0X90040E02,0X30000000,0X88020E02,
    0X30000C00,0X70020E02,0X00000000,0X60020E02,0X30000000,0X64020E02,0X30000000,0XA0040E02,
    0X30000000,0X94040E02,0X00000200,0X80020E02,0X30000000,0X84020E02,0X30000000,0XB0040E02,
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    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000
};

const int _k_imx6_256mb_ivt_dcd_tbl[256] =
{
    0X402000D1,ADDR_ENTRY,0X00000000,ADDR_DCD,  ADDR_BOOT, ADDR_SELF, 0X00000000,0X00000000,
    ADDR_START,IMAGE_SIZE,0X00000000,0X40E801D2,0X04E401CC,0X68400C02,0XFFFFFFFF,0X6C400C02,
    0XFFFFFFFF,0X70400C02,0XFFFFFFFF,0X74400C02,0XFFFFFFFF,0X78400C02,0XFFFFFFFF,0X7C400C02,
    0XFFFFFFFF,0X80400C02,0XFFFFFFFF,0XB4040E02,0X00000C00,0XAC040E02,0X00000000,0X7C020E02,
    0X30000000,0X50020E02,0X30000000,0X4C020E02,0X30000000,0X90040E02,0X30000000,0X88020E02,
    0X30000C00,0X70020E02,0X00000000,0X60020E02,0X30000000,0X64020E02,0X30000000,0XA0040E02,
    0X30000000,0X94040E02,0X00000200,0X80020E02,0X30000000,0X84020E02,0X30000000,0XB0040E02,
    0X00000200,0X98040E02,0X30000000,0XA4040E02,0X30000000,0X44020E02,0X30000000,0X48020E02,
    0X30000000,0X1C001B02,0X00800000,0X00081B02,0X030039A1,0X0C081B02,0X04000000,0X3C081B02,
    0X3C013C01,0X48081B02,0X38324040,0X50081B02,0X28304040,0X1C081B02,0X33333333,0X20081B02,
    0X33333333,0X2C081B02,0X333333F3,0X30081B02,0X333333F3,0XC0081B02,0X09409400,0XB8081B02,
    0X00080000,0X04001B02,0X2D000200,0X08001B02,0X3030331B,0X0C001B02,0XF352433F,0X10001B02,
    0X630B6DB6,0X14001B02,0XDB00FF01,0X18001B02,0X40172000,0X1C001B02,0X00800000,0X2C001B02,
    0XD2260000,0X30001B02,0X23104300,0X40001B02,0X47000000,0X00001B02,0X00001883,0X90081B02,
    0X00004000,0X1C001B02,0X32800002,0X1C001B02,0X33800000,0X1C001B02,0X31800400,0X1C001B02,
    0X30802015,0X1C001B02,0X40800004,0X20001B02,0X00080000,0X18081B02,0X27020000,0X04001B02,
    0X2D550200,0X04041B02,0X06100100,0X1C001B02,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
    0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,0X00000000,
};

```

1. 保存源码为**imxdown.c** ；

2. gcc编译`imxdown.c`为可执行文件**imxdown**；

   ```bash
   gcc imxdown.c -o imxdown
   ```

   

3. 用户**bin**和**imxdown**可执行文件放同一个目录下，插入sd卡，添加头部信息，并把生成的**imx**固件烧录到sd卡中；

   ```bash
   sudo chmod +x imxdown
   sudo ./imxdown led.bin /dev/sdb -512m
   ```

4. 插入sd卡到板子，从sd卡启动，即可执行用户的bin文件。