boot_app0.bin 和 bootloader_dio_80m.bin 文件是做什么用的？ ESP32 - Arduino IDE

编程问答 2022-05-11

问题描述

由 Arduino IDE 执行的 ESP32 闪存命令似乎会闪存两个引导加载程序文件：boot_app0.bin 偏移量 0xe000 和 bootloader_dio_80m.bin 偏移量 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。下面我提供一些更多的信息。

1.上下文

我是为微控制器开发新的免费 IDE：Embeetle IDE 的团队的一员。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 - ESP32 项目的 ESP-IDF 工具和 Arduino IDE 方法。

2.用于 ESP32 项目的 Arduino IDE 闪存程序

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 文件与两个引导加载程序文件和分区表一起闪存到板上：

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（采用 csv 格式）：

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

此 csv 文件的二进制等效文件被写入地址 0x8000。还有两个引导加载程序文件分别写入地址 0xe000 和 0x1000（见下一段）。

3.引导加载程序文件

正在刷入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 1：这两个引导加载程序文件有什么作用？

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。它位于几个分区 .csv 文件旁边。为什么？但也许当问题 1 得到回答时就清楚了。

另一个，bootloader_dio_80m.bin 位于名为 'sdk/bin/' 的文件夹中，并与其他文件并排，这些文件的名称均以 'bootloader_' 前缀开头：

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' 和 '_80m' 后缀代表以 MHz 为单位的闪存速度。但我不知道 '_dio'、'_dout' 和 '_qout' 后缀代表什么。

请赐教^_^

答案

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

  1. 第一阶段引导加载程序：
    硬连线的ROM 引导加载程序首先运行。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. 第二阶段引导加载程序：
    第一阶段 ROM 引导加载程序在地址 0x1000 处加载第二阶段 ESP-IDF 软件引导加载程序在闪存中。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. BOOT SWITCH
    ota_data 部分可以看作仅仅是一个开关，位于 Flash 中的 0xe000 .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 大小也用于 OTA 刷机时做笔记。

  4. 应用程序
    执行 app0 或 app1 处的应用程序。

也感谢您向我指出这些资源：

解决方法

0x1000 处的二进制文件是引导加载程序。 Arduino ESP32 具有与 Arduino IDE 的工具菜单中的板选项相对应的引导加载程序二进制文件（从 board.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 Flash 加密和/或安全功能（如果已配置）；
  • 根据分区表和ota_data（如果有）选择要启动的应用程序分区；
  • 将此映像加载到 RAM（IRAM 和 DRAM）并将管理转移到它。

boot_app0.bin 为 OTA 数据分区初始内容。它记录在here。

OTA 数据分区的大小为两个闪存扇区（0x2000 字节），以防止在写入过程中发生电源故障时出现问题。扇区被独立擦除并写入匹配的数据，如果它们不一致，则使用计数器字段来确定哪个扇区是最近写入的。

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及其连接方式。 （D 为双，Q 为四）

arduinoarduinoarduino-esp32esp32firmwaremicrocontroller