[嵌入式]乐鑫ESP32-C3项目（9）- 上电启动流程的简要分析

参考资料：

技术规格书

技术参考书

调试openocd手册

应用程序的启动流程 - ESP32-C3 - — ESP-IDF 编程指南 latest 文档

一，芯片复位运行的流程

1，上电复位执行一级引导程序（固化在芯片ROM，无法修改）

2，一级引导程序工作：

根据芯片boot启动模式判断是否SPI，或下载启动模式

???如果是spi启动模式，则从flash 0x0处加载二级引导程序到IRAM中运行。

???如果是下载启动模式，则等待UART0/USB（jtag）接口

??

Boot启动模式

获取bootstrap 3个引脚的状态（寄存器GPIO_STRAP_REG?0x0038?）：

GPIO2?GPIO8?GPIO9（弱上拉)

?1 ? ? ? ? ?x?????????????????1?????????????????????????????????SPI启动?（加载flash中的程序)

?1 ? ? ? ? ?1?????????????????0?????????????????????????????????下载启动 模式(UART0?或?USB )

?

Note:?启动时，一般是将程序加载到IRAM运行；但是?寄存器(地址:0x42000000)= 0xaebd041d时,直接在flash运行.

eFuse存储器控制一级引导程序启动打印：

eFuse?的?EFUSE_UART_PRINT_CONTROL?

=0?默认，打印

=1 GPIO8=0?上电打印?GPIO8=1?上电不打印

=2 GPIO8=1?上电打印?GPIO8=0?上电不打印

=3?不打印

3，二级引导程序： 从flash加载分区表信息，加载主程序（app_main）到RAM，并处理主程序所有数据和代码段，flash高速映射只读段（从flash运行时）。

二级引导程序路径：（build/bootloader/bootloader.bin）

二，分析启动流程相关信息

0，分析前准备工作

0.1?硬件连接

1，开发板?USB-jtag?接电脑?USB

2，开发板UART0?接?USB-TTL，?再接?电脑USB?（UART0是ESP32C2调试信息默认输出接口。

0.2?打开三个终端：helloworld项目终端，openOCD终端，telnet终端。

开始分析：

获取固件信息（二级引导程序、主程序、分区表）和UART0打印的调试信息

hellowordl终端run：

get_idf (一键导入编译工具环境）

idf.py build

idf.py flash?

build过程得到的信息（截取)：

hello_world.bin（项目主程序)?binary?size 0x24a10?bytes. Smallest app partition is 0x100000 bytes. 0xdb5f0 bytes (86%) free.

espressif/esp-idf/components/partition_table/check_sizes.py --offset 0x8000 bootloader 0x0 espressif/hello_world/build/bootloader/bootloader.bin（二级引导程序)

Bootloader binary?size 0x4eb0?bytes. 0x3150 bytes (39%) free.

Project build complete. To flash, run this command:

esptool/esptool.py -p (PORT) -b 460800 --before default_reset --after hard_reset --chip esp32c3 ?write_flash --flash_mode dio --flash_size detect --flash_freq 80m?0x0?build/bootloader/bootloader.bin?0x8000?build/partition_table/partition-table.bin?0x10000?build/hello_world.bin

or run 'idf.py -p (PORT) flash'

项目生产的三部分信息在flash中的分布：

1，二级引导程序的flash烧录地址是：0x0??size 0x4eb0 bytes

2，分区表flash烧录地址是: 0x8000

3，主程序的flash烧录地址是0x10000?size 0x24a10 bytes.

执行?idf.py partition-table?得到分区别信息

Partition table binary generated. Contents:

*******************************************************************************

# ESP-IDF Partition Table

# Name, Type, SubType, Offset, Size, Flags

nvs,data,nvs,0x9000,24K,

phy_init,data,phy,0xf000,4K,

factory,app,factory,0x10000,1M,

*******************************************************************************

分区表的配置：在项目根目录的文件sdkconfig文件中?Partition Table部分内容。该文件是idf框架的配置文件，可以通过idf.py menuconfig查看和修改。当前使用的是预配置的?“Single factory app, no OTA”?配置。打开sdkconfig可以看到分区表的offset配置为0x8000.?

CONFIG_PARTITION_TABLE_OFFSET=0x8000

有三个分区表：其中子名称为factory?,类型Type为app的分区?会被二级引导程序识别并加载到IRAM中。其他两个分区表（nvs,phy_init)存放一些数据。

关于分区表的详细描述：

分区表 - ESP32-C3 - — ESP-IDF 编程指南 latest 文档

Helloworld?终端运行:

idf.py monitor

监听UART0的信息。（必要时指定串口?-p port）

OPENOCD终端运行run：

get_idf

openocd -f board/esp32c3-builtin.cfg

返回信息：

Open On-Chip Debugger? v0.10.0-esp32-20211111 (2021-11-10-21:44)

Licensed under GNU GPL v2

For bug reports, read

http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html

Info : only one transport option; autoselect 'jtag'

Warn : Transport "jtag" was already selected

Info : Listening on port 6666 for tcl connections

Info : Listening on port 4444 for telnet connections

Info : esp_usb_jtag: Device found. Base speed 40000KHz, div range 1 to 255

Info : clock speed 40000 kHz

Info : JTAG tap: esp32c3.cpu tap/device found: 0x00005c25 (mfg: 0x612 (Espressif Systems), part: 0x0005, ver: 0x0)

Info : datacount=2 progbufsize=16

Info : Examined RISC-V core; found 1 harts

Info :? hart 0: XLEN=32, misa=0x40101104

Info : Listening on port 3333 for gdb connections

此时OPENOCD就等待调试程序的连接。

我们先用telnet做简单调试和控制

telnet终端运行run:

telnet localhost 4444

Halt

Reset

Halt

通过openocd?使芯片从新复位运行，和暂停。

在监听UART0的终端就可以看到输出的调试信息：

芯片一级固化程序打印信息：

ESP-ROM:esp32c3-api1-20210207

Build:Feb ?7 2021

rst:0x3 (RTC_SW_SYS_RST),boot:0xc (SPI_FAST_FLASH_BOOT)

Saved PC:0x20000348

SPIWP:0xee

mode:DIO, clock div:1

load:0x3fcd6100,len:0x17ac?（数据段)

load:0x403ce000,len:0x930??(代码段)

load:0x403d0000,len:0x2d78

entry 0x403ce000（入口地址?call_start_cpu0 )

一级引导程序加载二级引导程序的数据段和代码段。把二级引导程序代码(bootloader）加载到了地址：0x403ce000（这是内部SRAM1的指令空间），数据段加载到0x3fcd6100（内部SRAM1数据空间)。

二级程序入口地址?0x403ce000= call_start_cpu0?（代码：bootloader_start.c）

参考二级引导程序的代码：

components/bootloader/subproject/main/ld/esp32c3/bootloader.ld

components/bootloader/subproject/main/bootloader_start.c

内部SRAM1可以存放指令和数据，同序访问：

指令空间384KB可读写：0x4038_0000~0x403D_FFFF,

数据空间384KB可读写：0x3FC8_0000 ~ 0x3FCD_FFFF.

二级引导程序打印信息：

I (44) boot: ESP-IDF v5.0-dev-346-g7af719e426-dirty 2nd stage bootloader

I (44) boot: compile time 10:14:41

I (44) boot: chip revision: 3

I (48) boot.esp32c3: SPI Speed ?????: 80MHz

I (53) boot.esp32c3: SPI Mode ??????: DIO

I (57) boot.esp32c3: SPI Flash Size : 2MB

I (62) boot: Enabling RNG early entropy source...

I (68) boot: Partition Table:

I (71) boot: ## Label ???????????Usage ?????????Type ST Offset ??Length

I (78) boot: ?0 nvs ?????????????WiFi data ???????01 02 00009000 00006000

I (86) boot: ?1 phy_init ????????RF data ?????????01 01 0000f000 00001000

I (93) boot: ?2 factory ?????????factory app ?????00 00 00010000 00100000

I (101) boot: End of partition table

I (105) esp_image: segment 0: paddr=00010020 vaddr=3c020020 size=06e60h ( 28256) map

I (118) esp_image: segment 1: paddr=00016e88 vaddr=3fc8a000 size=0144ch ( ?5196) load

I (123) esp_image: segment 2: paddr=000182dc vaddr=40380000 size=07d3ch ( 32060) load

I (136) esp_image: segment 3: paddr=00020020 vaddr=42000020 size=127e0h ( 75744) map

I (151) esp_image: segment 4: paddr=00032808 vaddr=40387d3c size=021c8h ( ?8648) load

I (153) esp_image: segment 5: paddr=000349d8 vaddr=50000000 size=00010h ( ???16) load

I (160) boot: Loaded app from partition at offset 0x10000

I (163) boot: Disabling RNG early entropy source...

I (379) cpu_start: Pro cpu up.

I (388) cpu_start: Pro cpu start user code

I (388) cpu_start: cpu freq: 160000000

I (388) cpu_start: Application information:

I (391) cpu_start: Project name: ????hello_world

I (396) cpu_start: App version: ?????1

I (400) cpu_start: Compile time: ????Nov 20 2021 10:14:28

I (406) cpu_start: ELF file SHA256: ?d04f3ff4f7c5b8a8...

I (412) cpu_start: ESP-IDF: ?????????v5.0-dev-346-g7af719e426-dirty

I (419) heap_init: Initializing. RAM available for dynamic allocation:

I (427) heap_init: At 3FC8C2B0 len 00033D50 (207 KiB): DRAM

I (433) heap_init: At 3FCC0000 len 0001F060 (124 KiB): STACK/DRAM

I (440) heap_init: At 50000010 len 00001FF0 (7 KiB): RTCRAM

I (446) spi_flash: detected chip: generic

I (451) spi_flash: flash io: dio

W (454) spi_flash: Detected size(4096k) larger than the size in the binary image header(2048k). Using the size in the binary image header.

I (468) sleep: Configure to isolate all GPIO pins in sleep state

I (474) sleep: Enable automatic switching of GPIO sleep configuration

I (482) cpu_start: Starting scheduler.

主程序打印信息：

Hello world!=======world

This is esp32c3 chip with 1 CPU core(s), WiFi/BLE, silicon revision 3, 2MB external flash

Minimum free heap size: 329596 bytes

Restarting in 10 seconds...

Restarting in 9 seconds...

Restarting in 8 seconds...??（此处被telnet?halt暂停)