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6.嵌入式系统启动流程与PMIC供电的关系

心随雪冻 2026-03-16 12:01:04

简介6.嵌入式系统启动流程与PMIC供电的关系

一、前言

在看PMIC的原理图和以及了解Regulator框架后，难免产生一个疑问，Regulator是用来供电的设备，甚至可以为CPU、DDR供电，但供电的大小又是由CPU通过i2c来控制，如果把Regulaitor输出的电压比作“蛋”，把CPU、DDR比作能下蛋的鸡，那么鸡还没下蛋时（CPU没控制PMIC时），蛋是哪里来的（控制CPU的电压是哪里来的）?

抛开鸡和蛋的弯弯绕绕，其实不难猜出，CPU最初上电时肯定有一个勉强能工作的电压，这个电压的由来可能是PMIC的默认输出，也可能是其他硬件电路输出，然后等待SOC在uboot或内核运行PMIC的驱动后再进行调压供电给CPU。

二、SOC启动流程分析

参考传送门：

RK3399】RK3399启动引导流程分析
https://blog.csdn.net/dengjin20104042056/article/details/137828704

1 BootROM介绍

一般来说，SoC厂家都会做一个ROM在SoC的内部，这个ROM很小，里面固化了上电启动的代码（一经固化，永不能改，是芯片做的时候，做进去的）；这部分代码呢，我们管它叫做BootROM，也叫作一级启动程序。

2 初始化硬件

芯片上电后先接管系统的是SoC厂家的BootROM，它主要初始化系统，CPU 的配置，关闭看门狗，初始化时钟，初始化一些外设（比如 USB Controller、MMC Controller，Nand Controller 等）；

3 加载程序到SRAM（分不清ROM和SRAM的去学微机原理）

当我们拿到一款新的SoC时，都会进行电路原理图设计，我们一般会在芯片外挂一些存储设备（eMMC、Nand、Nor、SDCard等）和内存（SDRAM、DDR等）。

可执行的程序（u-boot、Kernel）都放（烧写）到了外部存储器
BootROM的代码除了去初始化硬件环境以外，还需要去外部存储器上面，将接下来可执行的程序读到内存来执行。
SoC 厂家设计的DDR控制器呢，一般会支持很多种类型的DDR设备，并且会提供兼容性列表，即SoC厂家可能不知道用户PCB上到底用了哪种内存，不同的DDR的供电需求可能也是不一样的，即系统启动初期是不方便调用DDR的。
一般来说呢，SoC都会做一个内部的小容量的SRAM ，BootROM将外部的可执行程序从外部存储器中读出来，放到SRAM去执行
确定程序在什么内存运行的问题后，需要决定数据在哪里存储，亦即使用哪里存储的数据。SoC 厂家一般会支持多种启动方式，比如从eMMC 读取，从SDCard读取，从Nand Flash 读取等等。上电的时候，需要告诉BootROM需要从什么样的外设来读取后面的启动二进制文件；

一般的设计思路是，做一组 Bootstrap Pin，上电的时候呢？BootROM去采集这几个IO的电平，来确认要从什么样的外部存储器来加载后续的可执行文件；比如呢，2 个 IO，2’b00 表示从Nand 启动，2’b01表示从eMMC 启动，2’b10 表示从SDCard 启动等等；

当 BootROM读到这些值后，就会去初始化对应的外设，然后来读取后面要执行的代码；这些 IO一般来说，会做成板载的拨码开关，用于调整芯片的启动方式；

以OK1046-C3为例

在这里插入图片描述

4.SPL的引入

芯片上电后BootROM会根据 Bootstrap Pin 去确定从某个存储器来读可执行的二进制文件到SRAM并执行；理论上来说，这个二进制文件就可以是我们的u-boot.bin文件了；也就是 BootROM 直接加载u-boot.bin；

理论上是这样的，但是这里有一个问题，就是SRAM很贵，一般来说，SoC的片上 SRAM 都不会太大，一般4KB、8KB、16KB…256KB不等；但是呢，u-boot 编译出来却很大，好几百KB，放不下

放不下怎么办？有两种办法：

假设片内SRAM为4KB，uboot的前4KB程序实现uboot的重定位，即将uboot拷贝到SDRAM中运行；
做一个小一点的boot程序，先让BootROM加载这个小的程序，后面再由这个小boot去加载uboot；这个小boot就叫做SPL（Secondary Program Loader），它很小很小（小于SRAM大小），它先被BootROM加载到SRAM运行，那么这个SPL要做什么事情呢？最主要的就是要初始化内存控制器，然后将真正的大u-boot从外部存储器读取到SDRAM中，然后跳转到大uboot。

5.rk3399的启动流程图

在这里插入图片描述

如上图所示：

(0)上电后，BootROM开始执行，初始化时钟，关闭看门狗，关 Cache，关中断等，根据 Bootstrap Pin 来确定启动设备，初始化外设；

(1) 使用外设驱动，从存储器读取SPL；

---------------- 以上部分是 SoC 厂家的事情，下面是用户要做的事情 ----------------

(2) SPL被读到SRAM 执行，此刻，控制权以及移交到我们的SPL 了；

(3) SPL初始化外部SDRAM；

(4) SPL使用驱动从外部存储器读取uboot并放到SDRAM；

(5) 跳转到SDRAM中的uboot执行；

(6) 加载内核；

6.rk3399 SOC地址与空间

进行重映射前：

0x0000 0000 ~ 0xF800 0000：为DDR内存空间；
0xFF8C 0000 ~ 0xFF98 0000：片内SRAM内存空间，一共192KB；
0xFFFF 0000~ 0xFFFF 8000：为BootROM内存空间，一共32KB；

7.rk3399烧录的本质

RK3399提供从片外设备启动系统，如serial nand or nor flash、eMMC、SD/MMC卡。当这些设备中的启动代码没有准备好时，可以通过 USB OTG 接口将系统代码下载到各个外设存储中，这便是烧录的本质

烧录引导过程，是SOC厂商写好引导代码，存储在内部 BootROM中的。

PS:系统的启动就记到这了，再讲就不礼貌了，讲启动流程，是为了分析各个PMIC芯片的工作原理与使用方法。

三、结合系统启动流程分析的Firefly-RK3399主板供电状况

参考传送门：

exynos 4412 电源管理芯片PMIC 的配置及使用方法
https://news.eeworld.com.cn/mcu/ic557192.html

1.BootROM的执行，离不开CPU的供电

Firefly-RK3399 CPU的供电有两部分

VDD_CPU_L由PMIC RK808的Buck2提供，默认输出1v

在这里插入图片描述

VDD_CPU_B由PMIC SYR837提供，默认输出1v

在这里插入图片描述

2.初始化外设存储器，EMMC需要被供电，由DC-DC电路转换而来

在这里插入图片描述

3.SPL初始化外部SDRAM，DDR需要被供电

Firefly-RK3399 DDR的供电由由PMIC RK808的Buck3提供，通过上上上面的表可以看出，Buck3 这路电源比较特殊，不能通过寄存器修改电压，只能通过外部电路的分压电阻进行调节，所以如果需要修改电压需要修改外围硬件，在 Rockchip 的方案上一般作为 VCC_DDR 使用。

在这里插入图片描述

PS:firefly的主板原理图是这样画的，图中的表格估计是从原厂粘的，从开发板的规格书中看出肯定是DDR3，我没在RK808数据手册里看到过外围电阻应该怎么配比，也没看懂上面的电阻配比是不是DDR3，嗯，大家都寥寥草草的懂DDR是怎么被供电的就好

4.加载内核后，syr837驱动设定调压范围，cpu作为消费者根据频率调压

大概会有人有疑问，既然SOC能正常启动，还加PMIC驱动调节cpu的电压，岂不是多次一举？

我没查过具体的数据，大致原理为，默认的电压无法维持cpu在更高的频率工作。

我是遇到过类似的问题，某项目照搬的原厂的原理图，又没有修改配置设备树cpu的供电节点，导致测试过程中常常死机，降低cpu的频率也仅仅只是降低死机的频率。

&cpu_b0 {
	cpu-supply = <&vdd_cpu_b>;
};

vdd_cpu_b: syr827@40 {
		compatible = "silergy,syr827";
		reg = <0x40>;
		vin-supply = <&vcc5v0_sys>;
		regulator-compatible = "fan53555-reg";
		regulator-name = "vdd_cpu_b";
		pinctrl-0 = <&vsel1_gpio>;
		vsel-gpios = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
		regulator-min-microvolt = <712500>;
		regulator-max-microvolt = <1500000>;
		regulator-ramp-delay = <1000>;
		fcs,suspend-voltage-selector = <1>;
		regulator-always-on;
		regulator-boot-on;
		regulator-initial-state = <3>;
			regulator-state-mem {
			regulator-off-in-suspend;
		};
	};

四、PMIC厂家的行为大赏

在调nxp的主板过程中看到有用到PMIC芯片MC33PF8100，后面简称PF8100，对比官方的其他也使用的该PMIC的主板，他们给各自器件的输出电压差异很大，像是给DDR的供电的BUCK也没有对应的外围电阻可配置。在dmesg里也没有相关的regulator日志，内核源码里也找不到相关的源文件。

PMIC的输出的配置简直是凭空产生的，总不能机器的供电是靠人意识控制的吧？通过google得知，该PMIC需要特定的烧写板烧写固件。都难以想象，普通开发者在批量生产前的调试过程得多么麻烦。

参考传送门：

i.MX8QXP_PMIC_PF8100 OTP 配置操作方法
https://www.wpgdadatong.com/blog/detail/75069