BootSwap A/B面切换时间差异

[Derrick]

1. 前言

• BootSwap 是一种 A/B 双区启动切换机制，用于在 MCU 的两个 Flash 启动块之间进行切换。
• 云途芯片 M 系列、H 系列均支持 BootSwap。
• BootSwap 的操作本质是对 BOOT_NVR 扇区进行擦写操作。A -> B 和 B -> A 的擦写操作不同，导致 A/B 面切换时间不同，在一些应用中可能带来超时，如诊断超时、看门狗超时等。
• 本文以 HA01 芯片为例，介绍 BootSwap 的原理、A/B 面切换的时间差异，以及 ABSwap 操作不支持异步的原因。

2. BootSwap原理

• YTM32B1HA0 片上集成了 2 片容量为 1M 的 flash，称为 pflash0 和 pflash1，总计 2MB，上电从 Rom Boot启动，按照BVT解析出地址跳转；默认是跳转到到pflash0 起始地址 0x200_0000 启动。
• 默认情况下，pflash0 被映射在 0x200_0000 开始的地址空间，pflash1 拼接在 pflash0 之后。
• 当执行了 BootSwap 命令后复位，pflash1 的物理存储被映射到 0x200_0000 开始的地址空间，pflash0 拼接在 pflash1 之后。
  

2.1 EFM命令和BOOT_INFO

• 执行 BootSwap 命令的具体操作，就是向 EFM 模块的 CMD 寄存器写入 BootSwap 的命令码 0x30，如下图所示。
  
• 在 EFM 模块的 STS 状态寄存器中，可以通过 BOOT_INFO 标志判断当前 0x200_0000 开始的区域映射在哪块 pflash 上，如下图所示。
  

tips：只有当芯片复位之后，新的设置才能生效。通常在软件中，执行 BootSwap 命令后，再调用NVIC_SystemReset()函数复位生效。

3. 核心一：A/B 面切换时间差异

3.1 原理：写入 vs 擦除

• HA01 的 BOOT_NVR 区域视图如下（BOOT_NVR 在 Block0）：
  
• A面 -> B面：EFM 在 STS[BOOT_INFO]=0 的状态下（A面）接收到 BOOT_SWAP 命令时，会向 BOOT_NVR 扇区的前三个地址依次写入 SWAP_TAG（0x5A5A5A5A5A5A5A5A）。
  
• B面 -> A面：EFM 在 STS[BOOT_INFO]=1 时（B面）收到 BOOT_SWAP 命令，EFM 会擦除 BOOT_NVR 扇区。
  
• MCU 复位后的 EFM 硬件初始化过程会读 BOOT_NVR 扇区的前三个地址：如果读回的数据有至少两个等于 SWAP_TAG（0x5A5A5A5A5A5A5A5A），硬件会将 STS[BOOT_INFO] 置 1（0x200_0000 映射到 B 面），表明进入 PFlash 逻辑地址重映射模式；否则 STS[BOOT_INFO] 保持复位值 0（0x200_0000 映射到 A 面）。

3.2 时间数据

• STS[BOOT_INFO]=0 的状态下，A面 -> B面 时，EFM 会对 BOOT_NVR 扇区进行写入操作（Program），耗时很短（约82us）。
• STS[BOOT_INFO]=1 的状态下，B面 -> A面 时，EFM 会对 BOOT_NVR 扇区进行擦除操作（Erase），耗时较长，擦除一个扇区需要 20ms。
  
• 实测配置如下：
  
• A面 -> B面，耗时78us：
  
• B面 -> A面，耗时约19ms：
  

4. 核心二：ABSwap 操作不支持异步

• 因为 BOOT_NVR 区域和 PFlash0（A面）同在一个 Block0 上，所以从理论上来讲，A面 -> B面 时 EFM 对 BOOT_NVR 区域只能进行同步操作，即对 BOOT_SWAP 区域写入 TAG 需要关闭全局中断，等待写入完成。
• 而 B面 -> A面 时，程序在 B面（Block1）上运行，对 BOOT_NVR 区域（Block0）是可以异步操作的，即在对 BOOT_NVR 擦除的 19ms 内，CPU 可以异步继续执行别的代码。
• SDK 的 ABSwap 操作是统一同步操作：
  

因为 A面 -> B面 只能同步，B面 -> A面 可同步可异步，为了操作统一，SDK 的 ABSwap 只支持同步操作，不支持异步。

5. 小结

• A/B 面切换的时间差异源于操作类型不同：A面 -> B面 是向 BOOT_NVR 写入 SWAP_TAG（约 80us），而 B面 -> A面 是擦除 BOOT_NVR 扇区（约 19ms），两者相差两个数量级。
• 由于 BOOT_NVR 与 A面（PFlash0）同处 Block0，A面 -> B面 只能同步操作；SDK 为统一行为，ABSwap 仅提供同步接口，不支持异步。
  

tips：在一些对时序要求较高的场景中，要特别注意 A/B Swap 时间差异带来的时序影响。例如诊断帧超时和看门狗超时。
其他系列芯片原理一样（MD1是操作CUS_NVR），BOOT_NVR（CUS_NVR）所属Block和Sector擦除时间不同，都可参考本文进行评估。

6. 测试验证

6.1 环境

Config Tool Version：3.1.0
HA01 SDK version：1.4.1
EVB version: YTM32B1HA0-EVB-LQFP176

6.2 下载说明

• 在运行用例时，需要进行两次下载：第一次下载程序，下载到从 0x200_0000 开始的 pflash0 中，运行程序后，0x200_0000 地址切换到 pflash1 上，此时还需要再下载一次程序，程序会覆盖到 pflash1 上。
• 注意，第一次下载程序后运行，从 pflash1 开始启动，pflash1 此时没有可执行的程序，可能会出现“卡死”的状态，此时需要再次下载，无需修改 link 文件将程序地址映射到 pflash1。
  Flash_Demo_ABSwap.zip