arduino - boot_app0.bin 和 bootloader_dio_80m.bin 文件有什么用？ (ESP32-Arduino 集成开发环境)

Question

由 Arduino IDE 执行的 ESP32 闪存命令似乎闪存了两个引导加载程序文件:boot_app0.bin 在偏移量 0xe000 和 bootloader_dio_80m.bin 在偏移 0x1000 处。我想知道这两个引导加载程序文件实际上做了什么，为什么会有两个。下面我给出一些更多的信息。

1。语境

我所在的团队正在为微 Controller 开发全新的免费 IDE:Embeetle IDE。我们计划在不久的将来支持 ESP32 微 Controller 系列。因此，我现在正在研究 ESP32 构建系统 - ESP-IDF 工具和用于 ESP32 项目的 Arduino IDE 方法。

2。 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被闪存到电路板:

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,

此 csv 文件的二进制等价物被闪存到地址 0x8000。还有两个引导加载程序文件分别被闪存到地址 0xe000 和 0x1000(见下一段)。

3。 Bootstrap 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

Question 1: What do these two bootloader files do?

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。它位于多个分区 .csv 文件旁边。为什么？但也许当问题 1 得到回答时，这一点就会变得清楚。

另一个，bootloader_dio_80m.bin 位于名为 'sdk/bin/' 的文件夹中，与其他名称以 开头的文件放在一起>'bootloader_' 前缀:

Question 2: As for the bootloader file flashed at address 0x1000, I think the '_40m' and '_80m' suffixes stand for the flash speed in MHz. But I've no idea what the '_dio', '_dout' and '_qout' suffixes stand for.

请赐教^_^

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回答

感谢@Juraj，我现在对 ESP32 芯片的启动过程有了更深入的了解。我相信它看起来像这样:

1. 第一阶段引导加载程序:
   硬件连接的ROM-bootloader首先运行。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(请参阅下一步)。

2. SECOND STAGE BOOTLOADER:
   第一阶段 ROM-bootloader 在地址 0x1000< 加载第二阶段 ESP-IDF Software bootloader/ 在 Flash 中。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目录下找到。第二阶段引导加载程序读取默认情况下在偏移量 0x8000 处找到的分区表。如果在分区表中找到 OTA 应用程序分区，引导加载程序会查询 ota_data 分区以确定应引导哪个分区。

3. BOOT SWITCH
   ota_data 部分可以认为只是一个开关，位于 0xe000 在 Flash 中。它确定 app0 或 app1 是否应该启动。开关本身是 boot_app0.bin 二进制文件。正如 Juraj 所说，2kB 大小还用于在 OTA 闪存期间做笔记。

4. APPLICATION
   app0 或 app1 处的应用程序执行。

也感谢您向我指出这些资源:

• ESP32 bootloader
• ESP32 startup procedure

Answer 1

0x1000 处的二进制文件是引导加载程序。 Arduino ESP32 具有与 Arduino IDE(从 boards.txt 构建)中工具菜单中的板选项对应的引导加载程序二进制文件。

引导加载程序功能已记录 here .

The ESP-IDF Software Bootloader performs the following functions:

• Minimal initial configuration of internal modules;
• Initialize Flash Encryption and/or Secure features, if configured;
• Select the application partition to boot, based on the partition table and ota_data (if any);
• Load this image to RAM (IRAM & DRAM) and transfer management to it.

boot_app0.bin是OTA数据分区的初始内容。已记录 here .

The OTA data partition is two flash sectors (0x2000 bytes) in size, to prevent problems if there is a power failure while it is being written. Sectors are independently erased and written with matching data, and if they disagree a counter field is used to determine which sector was written more recently.

DIO、QIO、DOUT、QOUT 是闪存的 SPI 模式。不同的esp32模块有不同的闪存芯片和它们的连接。 (D是双倍的，Q是四倍的)