文章目录
- [1 概要](#1 概要)
- [2 STM32MP1 二进制头部信息](#2 STM32MP1 二进制头部信息)
- [3 STM23MP1 Linux 系统启动过程](#3 STM23MP1 Linux 系统启动过程)
- [4 总结](#4 总结)
- [5 其余章节](#5 其余章节)
1 概要
STM32 单片机是直接将程序下载到内部 Flash 中，上电以后直接运行内部Flash 中的程序。STM32MP157 内部没有供用户使用的 Flash，系统都是存放在外部 Flash 里面的，比如 EMMC、NAND等，因此STM32MP157上电以后需要从外部Flash加载程序到内存中。而且STM32MP157支持多种启动方式，这些启动方式都是怎么运行的，这都涉及到 STM32MP1 的启动方式，本章我们就来详细讲解一下 STM32MP1 的启动过程。
本章节将会分为以下5个部分
(1) STM32MP1启动模式 + STM32MP1启动流程详解
(2) Flash设备启动要求
(3) STM32MP1二进制头部信息
(4) STM32MP1 Linux系统启动过程
2 STM32MP1 二进制头部信息
前面讲了 STM32MP1 内部的 ROM 代码会先读取 FSBL 代码，一般是 TF-A 或者 Uboot 的SPL，也可以是 A7 裸机代码。比如 TF-A 我们之间编译生成二进制 bin 文件，但是这个 bin 文件不能直接拿来用，需要在前面添加一段头部信息，这段头部信息也包含了鉴权内容。加入头部信息以后的 FSBL 代码结构如图 5.4.1 所示：
头部信息一共是 256 字节，这 256 个字节的头部信息具体含义如表 5.4.1 所示：
头部信息不需要我们自己手动添加，我们在编译 ST 官方提供的 TF-A 或者 Uboot 的时候会自动添加，因为 ST 提供了个名为"stm32image"的工具专门用于在 bin 文件前面添加头部信息。我们已经从 TF-A 源码中提取出来了 stm32image 并放到了开发板光盘中，路径为：开发板光盘→5、开发工具→2、ST 官方开发工具→stm32image→stm32image.c。在编写 A7 裸机的时候需要自己使用stm32image 工具在 bin 文件前面添加头部信息，stm32image 是在 Ubuntu 下运行的，所以需要先编译，将 stm32image.c 发送到 Ubuntu 下，然后输入如下命令编译：
c
gcc stm32image.c -o stm32image编译成功以后就会生成一个名为 stm32image 的可执行文件，如不 5.4.2 所示：
运行图 5.4.2 编译出来的 stm32image 工具，输入"-s"选项可以查看使用方法，如图 5.4.3所示：
图 5.4.3 可以看出，stm32image 在使用的时候需要搭配一系列的参数：
-s：指定源文件。
-d：生成的目标文件。
-l：加载地址。
-e：入口地址。
-m：主版本号。
-n：次版本号。
大家在开发板光盘里面找到正点原子出厂的 tf-a 固件，路径为：开发板光盘→8、系统镜像→2、出厂系统镜像→1、STM32CubeProg 烧录固件包→tf-a→tf-a-stm32mp157d-atk-trusted.stm32，这个就是加入了头部信息的 TF-A 可执行文件。使用 winhex 软件打开 tf-a-stm32mp157d-atk-trusted.stm32，winhex软件已经放到了开发板光盘中，路径为：开发板光盘→ 3、软件→ winhexv19.7.zip，大家自行安装即可。安装完成以后打开 winhex，然后点击：文件->打开，找到tf-a-stm32mp157d-atk-trusted.stm32 并打开，如图 5.4.4 所示：
图 5.4.4 就是 tf-a-stm32mp157d-atk-trusted.stm32 文件原始数据，其中前 256 个字节就是头部信息。这里我们根据图 5.4.4 中的内容，分析一下 tf-a 头部信息中几个比较重要的参数：
**Magic number：**起始偏移地址为 0，长度为 4 个字节，值依次为：0X53、0X54、0X4D、0X32，合起来就是 0X53544D32，这个就是表 5.4.1 中的魔术数，注意这四个字节的顺序是大端模式。
**Header Version：**起始偏移地址为 72，长度为 4 个字节，也就是图 5.4.4 中第 72~75 这 4 个字节的数据，分别为：0X00、0X00、0X01 和 0X00，此时有的朋友将这四个字节拼起来发现是0X00000100，发现并不是表 5.1.1 中的 0X00010000！这不是弄错了？肯定不是的，整个头部信息中，除了 Magic number 采用大端模式存储以外，其他都是小端模式存储，也就是低字节数据存放在底地址处，高字节数据存放在高字节处。因此 0X00、0X00、0X01 和 0X00 这四个字节的数据正确的拼出结果为 0X00010000。
**Image length：**起始偏移地址为 76，长度为 4 个字节，也就是图 76~79 这 4 个字节的数据，为：0X40、0XB0、0X03 和 0X00，按照小端模式拼起来就是 0X0003B040=241728≈236.1KB，说明此 TF-A 的 bin 镜像大小为 236.1KB。
**Image entry Point：**起始偏移地址为 80，长度为 4 个字节，也就是图 80~83 这 4 个字节的数据，为：0X00、0X60、0XFD 和 0X2F，按照小端模式拼起来就是 0X2FFD6000，说明入口地址为 0X2FFD6000。
**Load address：**起始偏移地址为 88，长度为 4 个字节，也就是图 88~91 这 4 个字节的数据，为：0X00、0X25、0XFC 和 0X2F，按照小端模式拼起来就是 0X2FFC2500，说明加载地址为0X2FFC2500，这个不正是我们前面在 5.2.2 小节中分析的 FSBL 镜像起始地址。 （即偏移了256个字节后的镜像地址，前256字节用于存放相关信息）
**Binary type：**起始偏移地址为 255，也就是最后一个字节，为 0X10，表示当前二进制文件是 TF-A。
3 STM23MP1 Linux 系统启动过程
前面已经对 STM32MP1 的启动流程做了详细的讲解，STM32MP1 是面向 Linux 领域的，因此所有的这些启动过程都是为了启动 Linux 内核。STM32MP1xil 启动 Linux 内核的流程如图5.5.1 所示：
从图 5.5.1 可以看出，STM32MP1 启动 linux 内核一共分为 5 个步骤，我们依次来看一下这五个步骤的内容：
① ROM 代码
前面说了很多次了，这是 ST 自己编写的代码，在 STM32MP1 出厂的时候就已经烧写进去的，不能被修改的。ROM 代码因为保存在 STM32 内部 ROM 里面，因此也就直接简单明了的叫做"ROM 代码"了。它是处理器上电以后首先执行的程序，ROM 代码的主要工作就是读取STM32MP1 的 BOOT 引脚电平，然后根据电平判断当前启动设备，最后从选定的启动设备里面读取 FSBL 代码，并将 FSBL 代码放到对应的 RAM 空间。 （这里的RAM空间是内部的 256KB RAM，因为DDR还没有初始化，所以不能用）
现在很多产品对设备上运行的应用都提出了安全要求，从图 5.5.1 中可以看出，STM32MP1启动Linux 内核的过程是一个链式结构：ROM Code→FSBL→SSBL→Linux kernel→rootfs，系统启动的过程中要保证整个链式结构都是安全的。ROM 代码作为第一链，首先要对 FSBL 代码进行鉴权，同样的，FSBL 以及后面的每一链都要对下一个阶段的镜像进行鉴权，直到设备系统正确启动。
② FSBL
FSBL 代码初始化时钟树、初始化外部 RAM 控制器，也就是 DDR。最终 FSBL 将 SSBL 加载到 DDR 里面并运行 SSBL 代码。
一般 FSBL 代码是 TF-A 或者 Uboot 的 SPL 代码，前面我们说了，也可以将 FSBL 换成我们自己编写的 STM32MP1 A7 内核裸机代码。
③ SSBL
由于 SSBL 代码运行在 DDR 里面，无需担心空间不够，因此 SSBL 代码的功能就可以做的很全面，比如使能 USB、网络、显示等等。这样我们就可以在 SSBL 中灵活的加载 linux 内核，比如从 Flash 设备上读取，或者通过网络下载下载等，用户使用起来也非常的友好。SSBL 一般是 Uboot，用来启动 Linux 内核。
④ Linux 内核
SSBL 部分的 Uboot 就一个使命，启动 Linux 内核，Uboot 会将 Linux 内核加载到 DDR 上并运行**（加载过程可以通过网络系统或者是其他方式，因为SSBL已经初始化了很多外设功能等）**。Linux 内核启动过程中会初始化板子上的各种外设。
⑤ Linux 用户空间
系统启动的时候会通过 init 进程切换到用户空间，在这个过程中会初始化根文件系统里面的各种框架以及服务。
4 总结
本章节介绍了STM32MP1 二进制头部信息+Linux 系统启动过程。
5 其余章节
【正点原子STM32MP157 启动篇】(1）启动模式 + 启动流程详解（含UART 启动）
【正点原子STM32MP157 启动篇】(2）Flash 设备启动要求
【正点原子STM32MP157 启动篇】(3） STM32MP1 二进制头部信息+Linux 系统启动过程