Jetson Bootloader 全面深入解析

原创于 2025-11-26 14:45:42 发布 · 764 阅读

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#单片机 #嵌入式硬件 #实时音视频 #人工智能 #网络 #数据库 #linux

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1. Jetson Bootloader 的整体脉络（表格总览）

Jetson Bootloader 是一条“固件链”，而不是一个 Bootloader 程序。与其他 SoC 完全不同。

1.1 启动链总览表

阶段	位置	可否修改	主要职责	错误表现
BootROM	SoC 内部	不可修改	读取 BCT、加载 MB1、Secure Boot 验证	黑屏、只进入 RCM、串口无输出
MB1	QSPI/Boot 媒体	不可修改（可调 BCT）	PMIC、DDR、Pinmux、UPHY、时钟、安全环境	上电断电、DDRx 失败、外设不亮
MB2	QSPI/Boot 媒体	不可修改（可调 BCT）	固件加载、GPIO 中断、Boot 参数准备	UEFI 进入失败、摄像头/USB 功能异常
UEFI/CBoot	QSPI/分区	可修改	Boot Order、DTB 合并、A/B、Capsule、加载 Kernel	启动目标异常、DTB 错误、无法 OTA

2. Jetson 启动链（增强型流程图）

┌──────────────────────────────────┐
│            BootROM              │
│ - 读取 FUSE                     │
│ - 加载 BR-BCT                   │
│ - 加载并验证 MB1                │
└──────────────┬──────────────────┘
               │
┌──────────────▼──────────────────┐
│               MB1               │
│ - PMIC/上电rail                 │
│ - DDR 初始化+Training            │
│ - Pinmux + Pad Voltage          │
│ - UPHY Lane / 时钟树            │
│ - 安全环境 Secure Boot           │
└──────────────┬──────────────────┘
               │
┌──────────────▼──────────────────┐
│               MB2               │
│ - 加载 BPMP/RCE/XUSB FW          │
│ - 中断映射 GPIO→IRQ              │
│ - Carveout 参数传递               │
│ - Boot 参数准备                  │
└──────────────┬──────────────────┘
               │
┌──────────────▼──────────────────┐
│             UEFI / CBoot        │
│ - Boot Order / Boot Mode        │
│ - DTB 合并与 Overlay             │
│ - 加载 Kernel + initrd          │
│ - A/B Slot 管理                 │
│ - Capsule Update                │
└──────────────────────────────────┘

3. BCT（Boot Configuration Table）结构总览

3.1 BCT 分类表

BCT 名称	由谁使用	作用范围	含关键字段	错误表现
BR-BCT	BootROM	启动设备、电气时序	QSPI/UFS/SD 参数	无法加载 MB1 → 黑屏
MB1-BCT	MB1	Pinmux、PMIC、UPHY、时钟树	Rail、Pad、电压、电源时序、Lane 配置	上电断电、PCIE 不亮、串口无输出
Mem-BCT	MB1	DDR 配置+ECC+Carveout	SDRAM、ECC、Carveout	DDR 错误、ISP 摄像头不可用
MB2-BCT	MB2	中断映射、固件加载、安全控制	GPIO→IRQ、FW 区布局	USB、摄像头等初始化失败

4. 启动链各阶段详细解析（大量表格 + 图示）

4.1 BootROM

功能	说明
Fuse 读取	根据 SoC 烧录决定启动模式
读取 BR-BCT	决定启动介质、时序、访问参数
验证 MB1	Secure Boot 的第一环
失败进入 RCM	可通过 USB 重新刷机

流程图：

BootROM → 读取 Fuse → 读取 BR-BCT → 访问存储 → 加载 MB1 →（失败）→ 进入 RCM

4.2 MB1（Bootloader 中最关键、最复杂）

4.2.1 MB1 初始化内容表格

项目	在 MB1 中作用	风险
PMIC Rail	系统上电顺序、电压	配错=上电断电
DDR Training	内存初始化	配错=完全不启动
Pinmux	各 IO 功能定义	错误=系统无外设
Pad Voltage	IO 电压域	错误可能损坏外设
UPHY Lane	PCIE/USB/ SATA 方向	错误=PCIE 不亮
Clock + PLL	核心时钟树	错误造成外设失败
Security 初始化	TrustZone / Keyslot	影响 Secure Boot

4.2.2 DDR Training 流程图

DDR 参数加载
   → ZQ 校准
   → Read Leveling
   → Write Leveling
   → ECC 初始化（可选）
   → DRAM 频率切换
   → 成功 → 进入 MB2
   → 失败 → 重启/卡死

4.3 MB2

功能	说明
加载 BPMP FW	管理时钟、电源的核心固件
加载 RCE FW	摄像头 ISP 使用此固件
加载 XUSB FW	USB 控制器初始化
GPIO → IRQ 映射	决定 GPIO 对应中断号
Boot 参数准备	传递给 UEFI

MB2 作用关系图

MB1（底层硬件）
       → MB2（固件加载 + 中断 + Boot 参数）
              → UEFI（系统 Boot 管理）

4.4 UEFI / CBoot

4.4.1 UEFI 功能总表

功能	内容
Boot Order	NVMe → UFS → eMMC → SD → 网络
Boot Mode	Normal / Recovery / Fastboot
UEFI Variables	OSIndications、BootNext
DTB 合并	SoC DTB + Carrier Board DTB + overlay
A/B Slot 管理	自动切换失败 slot
Capsule Update	OTA Bootloader 更新
Logo / Shell	可定制 logo、禁用 shell、菜单密码

4.4.2 DTB 合并流程图

基础 SoC DTB
     + Carrier Board DTB
     + overlay（摄像头、扩展板）
     → UEFI 合并处理
     → 生成最终 DTB → 传给 Kernel

5. Jetson 与其他 SoC 的 Bootloader 差异（表格强化版）

5.1 架构差异表

功能项	Jetson	i.MX / RK
DDR 初始化	MB1	TF-A / SPL
Pinmux	MB1	DTS / U-Boot
PMIC	MB1	Kernel/UBoot
UPHY Lane	MB1	DTS
Bootloader	多阶段（ROM→MB1→MB2→UEFI）	ROM→U-Boot
OTA	官方 A/B + Capsule	自研为主

5.2 开发复杂度对比

项目	Jetson	i.MX	RK
Bootloader 可修改性	★★★	★★★★★	★★★★
启动链复杂度	★★★★★	★★★	★★
OTA 难度	★★（官方完善）	★★★★★	★★★★★
板级定制难度	★★★★★	★★★	★★

6. Bootloader 中最难的部分（表格 + 调试策略）

6.1 难点总表

难点	典型表现	根因	调试方式
PMIC rail 配错	上电瞬断	电压/时序错误	示波器测波形，对照 devkit
DDR 配置错误	无串口	时序/频率错误	对照官方 BCT、降低频率测试
UPHY Lane 配错	PCIE link down	Lane 方向不一致	查看 UPHY 表，对照 SKU
Pinmux 错误	外设无反应	功能 or 电压域错误	查看 MB1 pinmux log
UEFI DTB 合并异常	Kernel 看到的硬件不对	overlay 冲突	`dtc -I fs` 对比
A/B 失败	slot 切换异常	metadata 错误	`nvbootctrl` 查看

7. OTA：A/B Slot + BUP + Capsule（流程图强化）

7.1 A/B Slot 切换流程图

UEFI 启动 Slot A
    │
    ├─ Kernel 正常启动 → 标记成功 → 保持 A
    │
    └─ Kernel 启动失败 → 增加失败计数
             → 达到阈值 → 切换 Slot B

7.2 BUP 更新流程图

构建 BUP
    → 分发到设备
    → 写入另一 Slot
    → 设置 BootNext
    → 重启
    → 验证新 Slot
    → 成功则激活

7.3 Capsule Update 流程图

生成 capsule
   → 复制到 ESP
   → 设置 OSIndications
   → 重启
   → UEFI 解析 capsule
   → 刷写 bootloader
   → 清理 capsule

8. 开发者实战工作流（表格 + 步骤）

8.1 工作流总表

阶段	工作重点	工具
分析	启动链/硬件特性	NVIDIA 文档、DevKit BCT
定制	PMIC/Pinmux/Lane/DDR	MB1-BCT/Mem-BCT 调整
验证	tegraflash 测试	串口 log、波形仪
系统集成	UEFI Boot/DTB	extlinux.conf、overlay
OTA	BUP/Capsule/A/B	nvbootctrl、fwupdtool

9. 总结（表格化精炼）

重点	说明
Jetson Bootloader 是“固件链”	BootROM→MB1→MB2→UEFI
MB1 最关键	DDR/Pinmux/PMIC/UPHY 全在此
BCT 是核心	配置越精确，板子越稳定
OTA 体系强大	A/B + BUP + Capsule 完全企业级
调试难度高	必须依赖串口 log + 波形 + BCT 对照