SoC 启动流程概述

Rockchip SoC 上电后，第一段执行的代码是 BootROM — 在芯片制造时固化在片内 ROM 中的程序，不可修改。

BootROM 的职责：

  • 初始化 CPU（模式、缓存、时钟）
  • 关闭看门狗
  • 初始化存储控制器（MMC、NAND、SPI NOR、USB），以便从外部存储加载下一级引导程序

硬件初始化完成后，BootROM 需要从外部存储加载下一段可执行程序到内存。但此时 DRAM 尚未初始化 — DDR 控制器需要显式的训练和配置。因此 BootROM 将一小段程序加载到芯片内部的 SRAM（通常 64–256 KB，取决于具体 SoC）。这段程序的唯一任务就是初始化 DRAM。

DRAM 就绪后，执行流返回 BootROM，BootROM 再加载一段更大的程序到 DRAM。这段程序负责将 U-Boot 和 ARM Trusted Firmware（ATF）加载到 DRAM 并跳转执行。

ARM Trusted Firmware（ATF）

Rockchip ARM64 SoC（RK3399、RK3568、RK3588 等）需要 ATF（也叫 BL31）。ATF 运行在最高特权级 EL3，负责：

  • 在跳转到 U-Boot 之前将 CPU 从安全的 EL3 切换到 EL2
  • PSCI（Power State Coordination Interface）— 内核启动后负责唤醒其他 CPU 核心
  • 运行时安全服务

开源路径：TPL + SPL

在完全开源的启动流程中：

  • TPL（Tertiary Program Loader） — 从 SRAM 运行，初始化 DRAM
  • SPL（Secondary Program Loader） — 从 DRAM 运行，加载 U-Boot 和 ATF

在 U-Boot 中启用 TPL/SPL

在 Rockchip U-Boot defconfig 中，关键选项：

CONFIG_SUPPORT_SPL=y
CONFIG_SUPPORT_TPL=y
CONFIG_SPL=y
CONFIG_TPL=y
CONFIG_SPL_ATF=y
CONFIG_TPL_TINY_FRAMEWORK=y

完整的 SPL/TPL 配置还包括 MMC 支持、加密、MTD 等众多选项 — 具体参考对应板子的 defconfig。

编译后生成的关键文件：

tpl/u-boot-tpl.bin    # DRAM 初始化（从 SRAM 运行）
spl/u-boot-spl.bin    # 加载 U-Boot + ATF（从 DRAM 运行）

打包为 idbloader.img

BootROM 要求特定的镜像格式，带有 ID Block header。使用 mkimage 生成：

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# 创建带 ID Block header 的 idbloader（包含 TPL）
tools/mkimage -n rk3399 -T rksd -d tpl/u-boot-tpl.bin idbloader.img

# 追加 SPL
cat spl/u-boot-spl.bin >> idbloader.img

将 rk3399 替换为你的 SoC 型号（如 rk3568、rk3588）。

生成的 idbloader.img 写入启动介质的 sector 64（0x40）— 这是 BootROM 查找引导程序的位置。

闭源路径：Rockchip Miniloader

在厂商启动流程中，Rockchip 通过 rkbin 仓库 提供预编译的二进制文件：

第一步：打包 idbloader.img

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tools/mkimage -n rk3568 -T rksd -d rkbin/bin/rk35/rk3568_ddr_1560MHz_v1.xx.bin idbloader.img
cat rkbin/bin/rk35/rk356x_spl_v1.xx.bin >> idbloader.img

其中：

  • rk3568_ddr_*.bin — 等价于 TPL，负责初始化 DDR
  • rk356x_spl_*.bin — Rockchip 的闭源 miniloader，等价于 SPL

第二步：打包 u-boot.img

miniloader 要求 U-Boot 使用特定格式。用 loaderimage 转换：

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tools/loaderimage --pack --uboot u-boot.bin u-boot.img 0x200000

这会将 U-Boot 源码编译出的 u-boot.bin 包装成 miniloader 可识别的格式，并指定加载地址。

第三步：打包 trust.img

ATF（BL31）同样需要转换为 miniloader 格式：

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tools/trust_merger trust.ini

其中 trust.ini 引用从 ARM Trusted Firmware 源码编译的 bl31.elf（或 rkbin 中预编译的 bl31.bin）。

开源 vs 闭源对比

组件开源闭源
DRAM 初始化TPL (u-boot-tpl.bin)rk35xx_ddr_*.bin（二进制 blob）
加载器SPL (u-boot-spl.bin)rk35xx_spl_*.bin（二进制 blob）
U-Boot 格式FIT image（标准格式）loaderimage 封装
ATF 格式SPL 直接加载trust_merger 封装
可调试性完整源码，可加 print黑盒

开源路径适合开发和上游贡献。闭源路径是 Rockchip 生产 SDK 中使用的方式，可能包含开源 TPL 中没有的额外 DDR 训练优化。

参考