主从系统中i.MXRT系列MCU从主处理器接收App数据包超时机制-电子发烧友网

在痞子衡旧文《RT四位数Boot模式》里的1.2.1 Serial Downloader模式；《RT三位数Boot模式》里的p1.2.2 Serial Boot模式里都介绍到了i.MXRT芯片内置ROM程序里支持与主机进行数据交互，而交互的通信协议均是blhost协议(这最早来自于飞思卡尔Kinetis系列ROM), 有了这个功能，我们便可以直接将应用程序灌进i.MXRT内部SRAM去加载执行，这个功能在多处理器系统里(尤其是i.MXRT作为协处理器)大有用处。

最近有个客户设计了高通AR1+恩智浦i.MXRT600 的主从系统，RT600作为协处理器直接通过SPI接口从主处理器AR1接收应用程序App并加载到自身内部SRAM执行，这样硬件上便可省去RT600的专属非易失性存储器。客户已经将blhost协议代码集成进了AR1程序里，但在实际测试过程中发现有一定概率导致RT600程序加载失败，RT600 ROM会返回kStatus_AbortDataPhase (0x5A,0xA3), 这是怎么回事？今天痞子衡就来聊聊这个话题：

一、i.MXRT与主机交互方法

我们首先简单回顾下i.MXRT内置ROM程序配套的与主机交互方法，有如下三种。其中方法一是比较常用的，把PC当作主机，因为UART/USB接口可以直接从PC引出，这种方式一般集成在上位机GUI工具里（比如恩智浦官方的SPT以及痞子衡的NXP-MCUBootUtility)。方法二本质上和方式一差不多，主机仍然是PC, 只不过通信接口是SPI/I2C，因为无法直接从PC引出，需要有一个桥接板，恩智浦一共做了三种不同的桥接实现。方式三就是本文提及的客户所用到的方法，把主处理器当作主机，因为处理器接口丰富，所以不管哪种通信方式均可以直连。

因为方式一和方式二均可以直接使用恩智浦提供的配套工具链，因此blhost协议实现细节以及注意事项都被包在了工具链里面，客户使用起来基本不会遇到问题。而方式三需要客户自己移植实现blhost协议到主处理器代码里，这可能会遇到一些协议细节上的设计问题。

这里需要特别提一下方式二里的Embedded Host桥接实现，在恩智浦官网MCUBoot主页我们可以下载到NXP_Kinetis_Bootloader_2_0_0.zip包，NXP_Kinetis_Bootloader_2_0_0validationembedded_host 路径下我们可以找到基于Kinetis K65的实现，如果你想移植blhost协议到处理器上运行，不妨参考这个代码。

二、i.MXRT从主机接收数据包超时机制

现在我们谈回到blhost协议本身，这是一套数据包传输格式与支持命令的定义集合。打开RT600参考手册的Non-Secure Boot ROM章节，可以找到具体的协议细节，这里就不再赘述。我们只取其中关于write-memory命令的介绍，主机给i.MXRT下载数据(App)主要就是借助这个命令。

write-memory命令的过程其实很简单，主机(Host)先要发送含write-memory信息的命令包(0x5A, 0xA4 ...) 给i.MXRT(图中叫target)，收到确认的回复(0x5A, 0xA1)后，主机继续发送含App程序数据的数据包(0x5A, 0xA5...)，等待i.MXRT处理完成返回确认信息，然后主机不断发送数据包，直到App数据全部发送完成，最后还有一个结束命令包。

Note: 注意这里的App数据不是一个数据包就全部发送完的，而是被拆分成了很多个小数据包，每个小数据包最大长度是512字节。拆分成小包的目的是防止通信过程中有干扰导致数据错误，出现错误就只需要重新发送该包数据。如果不拆分数据包，出现错误就得全部App数据重发，效率太低。

关于每个数据小包的接收与发送, i.MX RT均设计了超时机制保护。如果主机已经开始发送当前小包数据(发完包固定起始字节0x5A后为超时起点)，那么需要在规定时间内（包剩余长度(Bytes)*10ms/Bytes) 完成该包数据发送，如果超时时间内未完成，i.MX RT则返回 kStatus_AbortDataPhase。至于read-memory时主机接收小包数据时超时机制相同，只不过时间单元是20ms/Bytes。

Note1：RT500/600/700 ROM程序里数据包处理超时机制是一样的，发送和接收均有超时。

Note2：RT1160/1170/1180 ROM程序里数据包处理仅有接收超时，没有发送超时。

当然文档里还有未详尽的地方，主机每发完一小包数据后都需要读确认信息(0x5A, 0xA1)，确认信息这里是否有超时限制？如果有，是怎样的机制？

痞子衡就不卖关子了，这里是需要特别注意的，当主机发完一包数据后，i.MXRT需要及时处理数据的，由于这里是加载程序进内部SRAM，所以就是将该数据包从缓冲区搬到 SRAM指定位置，这个时间t2很短，文档里并未给出。t3是比较关键的时间，这里的计时起点并不是主机收到ACK包的第一个字节，而是i.MXRT处理完数据搬移后就开始了，因此主机每次发完数据包之后, 都需要在t2+t3的时间内将确认信息数据包及时读走，否则i.MXRT则返回kStatus_AbortDataPhase。

那么问题来了，如果一小包数据是200 bytes（包含 0x5A包头等信息），请问主机发送数据和接收确认的超时时间分别是多少？答案是1990ms和t2+40ms (这里主机接收确认消息只拿了2 bytes数据)。

三、客户主机发送数据包设计

最后回到客户的问题，经过和客户的沟通，主处理器AR1运行得是一个非实时操作系统。在给RT600加载App程序过程中会出现任务调度情况，发送完一个小数据包后，因为任务调度的关系，导致主机读取确认消息(0x5A, 0xA1)的时间间隔不确定，有时候小于40ms, 有时候会超出40ms, 显然这是不符合blhost协议超时机制规定的。

此外即使能满足超时要求，但是主机如何读取确认消息也是有讲究的，尝试读取首字节0x5A要满足至少100us延时(如果存在多次尝试的话，两次尝试之间也要延时), 而拿到首字节后，再去读取第二个字节 0xA1, 也需要至少延时50us。