痞子衡嵌入式：恩智浦i.MX RT1xxx系列MCU启动那些事（12.A）- uSDHC eMMC启动时间(RT1170)

　　大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦i.MX RT1170 uSDHC eMMC启动时间。

　　本篇是 i.MXRT1170 启动时间评测第五弹，前四篇分别给大家评测了 Raw NAND 启动时间（基于 MIMXRT1170-EVK_Rev.B）、Serial NOR 启动时间（基于 MIMXRT1170-EVB_Rev.A2）、1bit SPI NOR 恢复启动时间（基于 MIMXRT1170-EVK_Rev.C）、Serial NAND 启动时间（基于 MIMXRT1170-EVKB_Rev.B）。

　　关于 i.MXRT 系列从 SD/eMMC 启动使能方法，痞子衡写过两篇文章，分别是《RT600从eMMC启动》、《RT1050从SD启动》，文章里的方法其实是通用整个 i.MXRT 系列的（仅一些细微差异）。最近痞子衡在支持一个 RT1170 客户，他们使用了 eMMC 启动，并且将板子寄给了痞子衡帮助调试问题，趁此机会，痞子衡就在客户板卡上详细测试一下 eMMC 启动时间：

一、准备工作

1.1 知识储备

　　除了依赖的底层数据传输接口外设类型不同之外，SD/eMMC 启动流程和 Serial NAND/Raw NAND 启动流程几乎是一致的，因为存储介质角度而言两者都是 NAND，这里就不过多展开了，参考痞子衡前面测评文章 1.1 节。

　　不过这里需要特别注意的是，前面测评的启动设备（串并行NOR/NAND）读写数据率性能接近于接口速率（当然 NAND 有额外 ECC 校验时间），但是 SD/eMMC 因为涉及坏块管理/磨损平衡处理等，设备内部处理会产生更多时间开销，所以实际数据读写率跟数据接口速率之间存在一定差异，这个差异因厂商产品里的处理算法而异，需要翻看设备芯片数据手册。

　　本次测试客户板卡上用了一颗来自江波龙的兼容 eMMC5.1 标准的 8GB 容量芯片 FEMDME008G-A8A39，在其数据手册上接口最高速率是 400MBps（HS400模式），但是实际数据读写率分别是 290MBps、115MBps。

eMMC 5.1 specification compatibility
- Backward compatible to eMMC 4.41/4.5/5.0

Bus mode
- Data bus width: 1 bit (default), 4 bits, 8 bits
- Data transfer rate: up to 400 MB/s (HS 400)
- MMC I/F Clock frequency: 0~ 200 MHz

1.2 时间界定

　　关于时间起点和终点，参考《FlexSPI NOR启动时间》里的1.2节，虽然此次测试用得是客户板卡，但是时间起点我们只需要选好 POR_B 测量点即可。

1.3 制作应用程序

　　关于应用程序制作，参考《Serial NAND启动时间》里的1.3节。其实 Non-XIP 程序制作一直有一个小限制，之前的测评文章里都没有特别强调，前段时间痞子衡终于专门写了篇文章《Non-XIP App一般链接限制》，大家可以了解一下。

1.4 下载应用程序

　　应用程序的下载需借助痞子衡开发的 NXP-MCUBootUtility 工具。由于 8bit eMMC 仅 uSDHC2 支持，客户一般都将 eMMC 挂在 uSDHC2 引脚上，工具下载配置 eMMC 的时候，主要保证 instance 正确即可，至于其他速度模式方面的选择，仅跟程序下载速度有关，并不影响 eMMC 启动时间。

　　对 eMMC 启动时间产生影响得主要是 RT1170 芯片 fuse 里的如下配置，其中红框选项是根据硬件情况必设的，篮圈选项是用户可按自己要求选择的（这里也是下一节测试启动时间的影响因子）。紫框里决定了 BootROM 运行时的内核主频，CM7 做主核时默认是 400MHz，可高配到 700MHz，这里我们不改 BootROM 默认内核频率配置。

1.5 示波器抓取信号

　　一切准备就绪，可以用示波器抓 eMMC 启动时间了。这次痞子衡偷了个懒，就测量两路信号，一个通道监测主芯片 POR 信号，另一个通道监测 GPIO 信号（App 里会拉低这个 GPIO）。与以往不同的是，这次 GPIO 选得是复用 BOOT_CFG 功能的 pin，这个 pin 加了外部强上拉，下一节测试结果小节里会有额外有趣发现。

二、开始测试

　　在公布结果之前，痞子衡先带大家分析一下示波器抓取的启动时间波形，方便大家理解后续表格里的各项组成。POR 信号电压上升时间比较缓慢，其供电来自于 VDD_1V8，我们时间起点暂取其标准有效值 70% - 1.2V 处。

　　此外我们可以看到 GPIO 在 POR 拉高之前早就被拉高，说明 GPIO 上电早于 POR，这样的硬件设计是符合 i.MXRT 上电采样时序规范的，痞子衡有一篇文章《RT离线无法启动，请先查看SRC_SBMRx寄存器》就和这点有关。

2.1 不同App长度测试

　　首先做的是不同 App 类型及长度相关的测试，App 分为链接在 ITCM 和 SDRAM 两种（后者需要使能 BootROM DCD 初始化）。此外由于 SDRAM 空间大，因此测试多种 App 长度。所有的测试均在同一种 Boot Config 配置下，即痞子衡《NAND型启动设备时可用两级设计缩短启动时间》一文里的配置，这也是该客户使用的启动配置。

　　从测试结果来看，eMMC 启动时间在 1MB 以内 App 情况下相差无几，跟 App 长度不成明显正比关系。即使是 4MB 以内，也是看不出明显关系，但是以 4MB 为单位来看，倒是有一定正比关系。

App长度	拷贝App目标区域	Boot Config配置			测量启动时间
App长度	拷贝App目标区域	CFG2[2:1]-Bus Width	CFG1[5]-SDMMC Speed	CFG1[0]-Fast Boot	测量启动时间
24KB	ITCM 396MHz@64bit	2'b11 - 8bit DDR	1'b1 - High	1'b0 - Regular	~39.5ms
240KB	ITCM 396MHz@64bit				~41.5ms
24KB	SDRAM 166MHz@32bit				~41.1ms
240KB					~46.7ms
1MB					~53.1ms
2MB					~63.3ms
4MB					~87.4ms
8MB					~133.3ms
16MB					~225.8ms

2.2 不同速度模式测试

　　因为 4MB 在 SDRAM 执行 App 有一定代表性，痞子衡就以这个为基础测试了不同的 Boot Config 配置组合，在 BOOT_CFG1[0] 为 Fast Boot 情况下普遍无法启动（可能需要更多展开配置）。在 BOOT_CFG1[0] 为 Regular Boot 情况下，High Speed 比 Normal Speed 快近一倍，8-Bit DDR 比 8-Bit SDR 也快近一倍。

App长度	拷贝App目标区域	Boot Config配置			测量启动时间
App长度	拷贝App目标区域	CFG2[2:1]-Bus Width	CFG1[5]-SDMMC Speed	CFG1[0]-Fast Boot	测量启动时间
4MB	SDRAM 166MHz@32bit	2'b01 - 8bit SDR	1'b0 - Normal	1'b0 - Regular	~219ms
			1'b0 - Normal	1'b1 - Fast	TBD
			1'b1 - High	1'b0 - Regular	~130.6ms
			1'b1 - High	1'b1 - Fast	无法启动，DAP不可连接
		2'b11 - 8bit DDR	1'b0 - Normal	1'b0 - Regular	无法启动，DAP可连接
			1'b0 - Normal	1'b1 - Fast	TBD
			1'b1 - High	1'b0 - Regular	~87.4ms
			1'b1 - High	1'b1 - Fast	无法启动，DAP不可连接