boot_app0.bin 和 bootloader_dio_80m.bin 文件是干什么用的? (ESP32 - Arduino IDE)

由 Arduino IDE 执行的 ESP32 flash 命令似乎会刷新两个引导加载程序文件:偏移量 boot_app0.bin 处的 0xe000 和偏移量 bootloader_dio_80m.bin 处的 0x1000 。我想知道这两个引导加载程序文件实际上是做什么的,以及为什么有两个。下面我提供更多信息。

  1. 背景

我是为微控制器开发新的免费 IDE 的团队的一员:Embeetle IDE。我们计划在不久的将来支持 ESP32 微控制器系列。因此,我现在正在研究 ESP32 构建系统 - ESP-IDF 工具和 ESP32 项目的 Arduino IDE 方法。

  1. ESP32 项目的 Arduino IDE flash 程序

构建 .elf 文件后,Arduino IDE 启动命令将其转换为二进制文件:

python esptool.py --chip esp32 elf2image
                  --flash_mode dio
                  --flash_freq 80m
                  --flash_size 4MB
                  -o /tmp/arduino_build_852524/WiFiScan.ino.bin
                  /tmp/arduino_build_852524/WiFiScan.ino.elf

最后,这个 WiFiScan.ino.bin 文件连同两个引导加载程序文件和分区表一起被闪存到板上:

python esptool.py --chip esp32
                  --port /dev/ttyUSB0
                  --baud 921600
                  --before default_reset
                  --after hard_reset write_flash
                  -z
                  --flash_mode dio
                  --flash_freq 80m
                  --flash_size detect
                  0xe000  ~/.arduino15/packages/esp32/hardware/esp32/1.0.6/tools/partitions/boot_app0.bin
                  0x1000  ~/.arduino15/packages/esp32/hardware/esp32/1.0.6/tools/sdk/bin/bootloader_dio_80m.bin
                  0x10000 /tmp/arduino_build_852524/WiFiScan.ino.bin
                  0x8000  /tmp/arduino_build_852524/WiFiScan.ino.partitions.bin

Arduino IDE 使用的默认分区表如下所示(csv 格式):

# Name,   Type, SubType, Offset,  Size, Flags
nvs,      data, nvs,     0x9000,  0x5000,
otadata,  data, ota,     0xe000,  0x2000,
app0,     app,  ota_0,   0x10000, 0x140000,
app1,     app,  ota_1,   0x150000,0x140000,
spiffs,   data, spiffs,  0x290000,0x170000,

这个 csv 文件的二进制等效文件被刷新到地址 0x8000 。还有两个引导加载程序文件分别刷新到地址 0xe0000x1000 (见下一段)。

3.引导加载程序文件

正在刷新的两个引导加载程序文件是:

# flashed at 0xe000
~/.arduino15/packages/esp32/hardware/esp32/1.0.6/tools/partitions/boot_app0.bin

和:

# flashed at 0x1000
~/.arduino15/packages/esp32/hardware/esp32/1.0.6/tools/sdk/bin/bootloader_dio_80m.bin

问题一:这两个bootloader文件有什么作用?

观察它们的位置也很有趣。第一个, boot_app0.bin 位于名为 'partitions' 的文件夹中。它与几个分区 .csv 文件并排放置。为什么?但是,当问题 1 得到回答时,这可能会变得很清楚。

另一个, bootloader_dio_80m.bin 位于一个名为 'sdk/bin/' 的文件夹中,并与其他所有以 'bootloader_' 前缀开头的文件一起放置:

enter image description here

问题 2:至于在地址 0x1000 处闪存的引导加载程序文件,我认为 '_40m''_80m' 后缀代表以 MHz 为单位的闪存速度。但我不知道 '_dio''_dout''_qout' 后缀代表什么。

请赐教^_^


回答

感谢@Juraj,我现在可以更好地了解 ESP32 芯片的启动过程。我相信它看起来像这样:

  1. 第一阶段引导程序
    硬连线的 ROM-bootloader 首先运行。此第一阶段引导加载程序位于闪存之外,无法编程。它加载第二阶段引导加载程序(参见下一步)。

  2. 第二阶段引导程序
    第一阶段 ROM-bootloader 在 Flash 中的地址 0x1000 处加载第二阶段 ESP-IDF Software bootloader。这里的代码是 bootloader_dio_80m.bin 可执行文件,可以在 ESP-IDF 框架的 components/bootloader 目录中找到。此第二阶段引导加载程序读取默认在偏移量 0x8000 处找到的分区表。如果在分区表中找到 OTA 应用程序分区,则引导加载程序会查询 ota_data 分区以确定应该引导哪个分区。

  3. 开机开关
    ota_data 部分可以看作仅仅是一个开关,位于 Flash 中的 0xe000 处。它确定是否应该启动 app0app1 。开关本身是 boot_app0.bin 二进制文件。正如 Juraj 所说,2kB 大小也用于在 OTA 刷新期间做笔记。

  4. 应用
    app0app1 处的应用程序执行。

也感谢您向我指出这些资源:

stack overflow What are the files boot_app0.bin and bootloader_dio_80m.bin for? (ESP32 - Arduino IDE)
原文答案

答案:

作者头像

0x1000的二进制是引导加载程序。 Arduino ESP32具有与Arduino IDE工具菜单中的板选项相对应的Bootloader二进制文件(由bomard.txt构建)。

引导加载程序功能记录在 here 中。

ESP-IDF软件引导加载程序执行以下功能:

内部模块的最小初始配置;
初始化闪存加密和/或安全功能(如果配置);
基于分区表和ota_data(如果有),选择要启动的应用程序分区;
将此图像加载到RAM(IRAM&DRAM),并将管理转移到它。

boot_app0.bin是OTA数据分区初始内容。它已记录为 here

OTA数据分区是大小的两个闪存扇区(0x2000字节),以防止问题在编写时出现电源故障。扇区被独立擦除和编写,并用匹配的数据编写,如果它们不同意,则使用计数器字段来确定最近写了哪个扇区。

Dio,Qio,Dout,Qout是闪存的SPI模式。不同的ESP32模块具有不同的闪存芯片及其连接。 (d是双重,q是四边形)