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由 Arduino IDE 执行的 ESP32 flash 命令似乎会刷新两个引导加载程序文件：boot_app0.binat offset0xe000和bootloader_dio_80m.binat offset 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。下面我提供更多信息。

1. 背景

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

2. ESP32 项目的 Arduino IDE flash 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，该WiFiScan.ino.bin文件连同两个引导加载程序文件和分区表一起刷新到开发板：

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（csv 格式）：

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

此 csv 文件的二进制等效文件被刷新到 address 0x8000。还有两个引导加载程序文件分别被闪存到地址0xe000和0x1000（见下一段）。

3.引导加载程序文件

正在刷新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'. .csv它与几个分区文件一起坐在那里。为什么？但是，当问题 1 得到回答时，这可能会变得很清楚。

另一个bootloader_dio_80m.bin位于一个名为的文件夹中'sdk/bin/'，并与其他文件一起使用，这些文件的名称都以'bootloader_'前缀开头：

在此处输入图像描述

问题 2：关于在地址刷入的引导加载程序文件0x1000，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^_^

回答

感谢@Juraj，我现在可以更好地了解 ESP32 芯片的启动过程。我相信它看起来像这样：

  1. FIRST STAGE BOOTLOADER：
    硬连线ROM-bootloader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 Flash中的地址加载第二阶段ESP-IDF 软件引导加载程序。0x1000这里的代码是bootloader_dio_80m.bin可执行文件，可以在components/bootloaderESP-IDF 框架的目录下找到。第二阶段引导加载程序读取默认在 offset 找到的分区表0x8000。如果在分区表中找到 OTA 应用程序分区，则引导加载程序会查询该ota_data分区以确定应该引导哪个分区。

  3. BOOT SWITCH
    该ota_data部分可以认为仅仅是一个开关，位于0xe000Flash 中。它确定是否启动app0或app1应该启动。开关本身是boot_app0.bin二进制的。正如 Juraj 所说，2kB 大小也用于在 OTA 刷新期间做笔记。

  4. APPLICATION
    应用程序在app0或app1执行。

也感谢您向我指出这些资源：

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1 回答 1

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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）。

此处记录了引导加载程序功能。

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；
  • 将此图像加载到 RAM（IRAM 和 DRAM）并将管理转移到它。

boot_app0.bin是OTA数据分区初始内容。它记录在这里。

OTA 数据分区是两个闪存扇区（0x2000 字节）大小，以防止在写入时出现断电问题。扇区被独立擦除和写入匹配数据，如果它们不同意，则使用计数器字段来确定最近写入的扇区。

DIO、QIO、DOUT、QOUT 是闪存的 SPI 模式。不同的 esp32 模组有不同的闪存芯片及其连接方式。（D 是双倍，Q 是四倍）

于 2021-04-22T16:48:42.717 回答