Bootloader 与 BCT 深度解析：架构、特点、差异与实战示例

原创于 2025-11-26 15:34:00 发布 · 747 阅读

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#架构 #人工智能 #redis #数据库 #缓存 #linux

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Bootloader 与 BCT 深度解析：架构、特点、差异与实战示例

本文系统讲解 Jetson 平台 Bootloader 的核心机制与 BCT（Boot Configuration Table）体系，包括其由何而来、为何存在、与行业其他平台的差异、实际开发中如何修改，以及使用示例。全文结构客观、逻辑清晰，适合书籍章节输出（约 4000 字）。

在这里插入图片描述

一、Bootloader 的角色与边缘 AI SoC 的启动需求

在几乎所有嵌入式系统中，Bootloader 承担着系统从上电到操作系统运行之间的关键任务。然而，不同 SoC 的启动难度差异巨大。例如：

NXP i.MX 平台的 Bootloader 主要负责 DDR 初始化与启动 U-Boot；
Rockchip 平台由闭源 DDR Bin 完成内存初始化，再启动 U-Boot；
Allwinner、Amlogic 平台结构较简单，多由单阶段或双阶段 Bootloader 完成基本工作；
NVIDIA Jetson 的启动体系最为复杂，由 BootROM → MB1 → MB2 → UEFI（或 CBoot）组成完整固件链，并需要在 Linux Kernel 启动前完成大量“深度硬件初始化”。

Jetson 的启动难度远超普通 SoC，原因在于其硬件结构中包含：

多个协处理器（BPMP、RCE、SCE、DCE 等）
多媒体硬件（ISP、NVCSI、NVENC/NVDEC）
高速接口（PCIe/SATA/USB3）
复杂的 UPHY Lane 复用
大规模 GPU 初始化要求
PMIC 与电源轨严格时序

因此 Jetson 平台必须在 Kernel 启动前，通过 Bootloader 完成一次完整的“硬件自检与初始化”，并确保 GPU、ISP 等硬件在用户态立即可用。

为了管理如此庞大的启动配置，Jetson 引入了其他平台完全没有的 BCT（Boot Configuration Table）体系。

二、什么是 BCT？为什么它不是设备树？

1. 准确定义

BCT（Boot Configuration Table）是 Jetson 启动链中 BootROM、MB1、MB2 使用的一组二进制配置表，用于描述启动所需的所有硬件参数。其本质是一种“结构化二进制数据”，并非文本文件，也不是 Linux 设备树（Device Tree）。

2. BCT = Bootloader 的“硬件初始化说明书”

它包含：

电源与 PMIC 的电压配置
DDR 初始化参数（SDRAM 配置）
UPHY Lane 复用（PCIe/USB/SATA）
存储设备参数（QSPI/UFS/SDMMC）
引脚复用（Pinmux/GPIO）
Carveout（BPMP/DCE/ISP 等固件空间）
BootROM 安全相关字段（UFUSE、Ratchet 等）

这些参数在 BootROM/MB1 解析后，决定 Jetson 是否能成功启动。

3. 为什么它不像其他平台的设备树？

对比项	Linux Device Tree (DTB)	BCT (Boot Configuration Table)
使用者	Linux Kernel	BootROM / MB1 / MB2
内容	设备拓扑与驱动结构	启动所需硬件初始化参数
修改方式	DTS 文本 → dtb	DTS 文本 → dtb → BCT bin
作用阶段	Kernel 运行时	上电到 Kernel 之前
是否可以热更新	不可	不可，必须刷入 QSPI/Bootloader 镜像

因此：

BCT ≠ Device Tree。
它只是使用了 DTS 格式作为“源文件”，最终生成的是 Bootloader 固件使用的二进制表。

4. 为什么 T23x（AGX Orin）开始引入 DTS 格式？

官方给出的理由：

DTS 为树形结构，表达能力强
支持 include/override
开发者更容易阅读
可复用 Linux 设备树工具链（dtc）

但这并不改变 BCT 的本质：

Bootloader 解析的是二进制 BCT，而不是 DTS/DTB。

三、Jetson 中的四类 BCT 结构（核心内容）

Jetson 启动链中包含多个阶段，不同阶段解析不同的 BCT 文件。

1. BR-BCT（BootROM-BCT）

BootROM 在冷启动时从 QSPI/闪存读取 BR-BCT，它定义：

启动设备类型（UFS / QSPI / SDMMC）
存储访问参数
BootROM 安全配置（Ratchet/KDK/SBK 等）

常见启动失败症状：黑屏、不进入 RCM、没有串口输出。

2. MB1-BCT（最复杂、开发者最常修改）

由 MB1 解析，包含：

Pinmux 与 GPIO 配置
PMIC Rail 与电源时序
UPHY Lane 配置（PCIe/USB/SATA 复用）
存储设备参数（SD/UFS）
BootROM Reset PMIC 操作
通用控制器产品配置（Prod Config）

MB1-BCT 是最容易影响自定义载板能否启动的关键。

3. Mem-BCT（DDR/EMC 参数）

包含：

EMC / MC（内存控制器）
DDR Timing（Training 参数）
DRAM-ECC 配置
carveout 空间（BPMP/RCE/ISP 固件）

常见症状：
没有串口输出 → DDR 初始化失败 → Mem-BCT 参数错误。

4. MB2-BCT

由 MB2 使用，内容包括：

GPIO interrupt mapping
安全配置
固件加载次序（bpmpfw/dcefw/rcefw）
额外的 boot 参数

错误可能导致：摄像头双核固件加载失败，ISP 不工作等。

四、实战示例：修改 Pinmux 并生成新的 BCT

以下示例演示如何在自定义 Carrier Board 上修改某个 GPIO 为输出模式，并正确生成新 BCT。

1. 编辑 MB1-BCT DTS 配置

示例文件：tegra234-mb1-pinmux.dtsi

pinmux@2430000 {
    gpio_pz0_ps4 {
        nvidia,pins = "gpio_pz0";
        nvidia,function = "gpio";
        nvidia,pull = <0>;
        nvidia,enable-input = <0>;   // 输出
        nvidia,io-high-voltage = <1>;
    };
};

2. 编译 DTS → DTB

dtc -I dts -O dtb -o mb1-pinmux.dtb mb1-pinmux.dtsi

3. 使用 NVIDIA 工具生成 BCT（二进制）

tegrabct_v2 --chip 0x23 --bct mb1-pinmux.dtb --bct_out mb1-pinmux.bct

4. 将 BCT 包含到 Bootloader 镜像中

flash.sh -r -k MB1_BCT mb1-pinmux.bct

完成后，设备将使用新 pinmux 配置启动。

五、与其他 SoC 的本质区别（行业对比）

下面用最直观的表格总结 Jetson 与其他平台在 Bootloader 配置方式上的差异：

功能项	Jetson（Tegra）	NXP i.MX8	Rockchip	Allwinner	Amlogic
BootROM 是否读取硬件配置表？	✔（BR-BCT）	✘	✘	✘	✘
是否需要在 Bootloader 完成 GPU/ISP 初始化？	✔	✘	✘	✘	✘
DDR 初始化方式	Mem-BCT	SPL	DDR Bin	Boot0	BL2
UPHY lane 配置	MB1-BCT	DTS（Kernel）	DTS	少量	DTS
是否支持多固件协处理器？	✔（BPMP/RCE/DCE）	部分	✘	✘	✘
Boot 配置文件格式	DTS → DTB → BCT	CFG/TXT	DTS	DTS	DTS
是否有强 OTA（A/B + Capsule）	✔	✘	✘	✘	✘

结论非常明显：

BCT 是 Jetson 启动链特有的固件机制，其他平台均未采用类似结构。

六、为什么 BCT 不能替代设备树（DTB）？

因为两者用于完全不同的目的。

1. BCT 做的是“硬件初始化”

包括：

DDR 时序训练
电源 Rail 设置
UPHY lane 配置
多媒体 ISP/GPU 提前初始化

2. 设备树（Device Tree）做的是“驱动注册与资源描述”

包括：

I2C/SPI/UART 节点
摄像头端点（endpoint）拓扑
PCIe/USB 控制器属性
GPIO 编号与触发方式

一句话：

BCT 决定能否点亮板子；DTB 决定内核如何驱动板子。

七、Bootloader BCT 的调试技巧（实战经验总结）

技巧 1：启动卡死，没有串口输出 → 极有可能是 Mem-BCT 错误

DDR 参数不正确
Carveout 设置过大
ECC 设置错误

技巧 2：上电即关机 → PMIC Rail 的 MB1-BCT 错误

Rail 配置不匹配实际硬件
电压过高/过低被 PMIC 保护
Power-good 信号没有按时序到达

技巧 3：USB/PCIe 无法工作 → UPHY Lane 错误

Tegra 的 UPHY 复用十分复杂，USB3/PCIe 共享同一 PHY，Lane 配置错误会导致控制器完全无法枚举。

技巧 4：使用 flash.sh 调试单一 BCT 文件

flash.sh -r -k MB1_BCT custom-mb1-bct.bct

允许快速测试 BCT 修改，无需完整刷机。

八、Bootloader 与 BCT 的整体流程图（完整理解）

上电
  │
  ▼
BootROM
  │读取 BR-BCT（二进制）
  ▼
MB1
  │读取 MB1-BCT
  │初始化：PMIC / Pinmux / UPHY / 时钟 / DDR
  ▼
Mem-BCT（DDR Training）
  │
  ▼
MB2
  │读取 MB2-BCT
  │加载固件（bpmpfw/rcefw/dcefw）
  ▼
UEFI / CBoot
  │合并设备树 Overlay
  │加载 Kernel
  ▼
Linux Kernel
  │解析 DTB
  ▼
用户空间

此图清晰地展示：

Bootloader 阶段大量依赖 BCT；Kernel 阶段依赖的是 Device Tree（DTB）。

九、总结：为什么学习 BCT 是开发 Jetson BSP 的关键？

因为：

BCT 决定了 Jetson 能不能启动
是自定义载板最核心的差异适配点
是 PMIC/DDR/UPHY 这些关键硬件的初始化入口
是所有驱动与应用正常工作的前提

一句话总结：

BCT 是 Jetson Bootloader 的基础，是理解自定义硬件、适配载板、解决启动问题的必修内容。

对于任何基于 Jetson 的产品化开发，理解 BCT = 理解整个启动链路。

十、BCT 实战强化：以自定义载板为例的完整操作流程

下面通过真实代码、二进制编译过程、刷写验证方法，展示 BCT 在工程中的真实作用与修改方式。本小节以“修改 UPHY Lane 以支持自定义板 PCIe + USB3 分配”为例，属于实际开发中最常见、最容易出错的场景之一。

1. 实战背景：为什么要修改 UPHY Lane？

Jetson Orin（T234）平台的 UPHY（高速 SerDes）支持多路复用：

同一组 Lane 可以作为 PCIe、USB3、SATA、DP 等不同控制器的物理层。
官方开发套件和自定义载板通常不同，需要重新分配。

错误 UPHY 配置 = PCIe 不能枚举 / USB3 无法工作 / SATA 不识别。

例：你设计的板子把 UPHY Lane 0 给了 USB3，而不是官方的 PCIe。

那么你必须修改 BCT（而不是 Kernel DTS）。

2. 修改 BCT 配置文件（DTS 源文件）

示例文件：tegra234-mb1-uphy-lane.dtsi

uphy-lane@0 {
    nvidia,lane-number = <0>;
    nvidia,usage = "usb3";      // 将原本的 PCIe 改成 USB3
    nvidia,controller = <&xusb_padctl>;
    nvidia,usb-mode = <1>;       // 1 = USB3 SuperSpeed
};

uphy-lane@1 {
    nvidia,lane-number = <1>;
    nvidia,usage = "pcie";      // 保留 PCIe 用途
    nvidia,controller = <&pcie_c5>;
};

说明：

usage 字段是真正决定 Lane 分配的关键字段。
错误配置会导致 UART、USB、PCIe 都无任何输出。

3. 编译 DTS → DTB（树状结构）

dtc -I dts -O dtb -o mb1-uphy-temp.dtb tegra234-mb1-uphy-lane.dtsi

验证 dtb 内容是否正确：

dtdump mb1-uphy-temp.dtb | grep uphy

4. 生成 BCT（二进制配置表）

使用 NVIDIA 工具：tegrabct_v2

tegrabct_v2 \
  --chip 0x23 \
  --bct mb1-uphy-temp.dtb \
  --bct_out mb1-uphy-lane.bct

输出文件即为 BootROM/MB1 可解析的真正 BCT 二进制表。

5. 将修改后的 BCT 烧录到板子

无需完整刷机，直接更新 MB1-BCT：

sudo ./flash.sh -r -k MB1_BCT mb1-uphy-lane.bct jetson-orin-nano-devkit mmcblk0p1

解释：

-r 不重新刷 RootFS
-k MB1_BCT 只更新 MB1 BCT 分区
对开发效率极大提升

6. 重启并观察 Boot Log（串口）

在 UART 上，应看到：

[MB1]: UPHY lane 0 → USB3 mode
[MB1]: UPHY lane 1 → PCIe mode
[XUSB]: Pad configuration OK
[PCIe]: link up on C5

如果看到：

[PCIe]: link timeout

说明 lane 没配置对。

7. 在 Linux 中验证效果

检查 USB3 是否上线

dmesg | grep -i xhci
lsusb -t

检查 PCIe 枚举是否正常

lspci -vv

8. 实战技巧总结（非常重要）

技巧 1：UPHY 配置时必须同时确认 PMIC Rail 状态

某些 USB3 端口需要额外的 5V enable signal，若 PMIC 没配置，USB3 仍然无法工作。

技巧 2：不要把 Kernel DTS 当作 UPHY 配置入口

UPHY 属于 Bootloader 初始化阶段，Kernel DTS 修改无效。

技巧 3：建议每次只改一个 BCT 文件并单独刷新

避免多个变量同时变化，难以定位问题。

技巧 4：使用 diff 找到修改内容

diff -u origin-uphy.dtsi your-uphy.dtsi

十一、全文总结：BCT 的本质与实战价值

结合代码实战，我们可以更清晰理解：

BCT 是 Bootloader 用来初始化硬件的二进制表；
DTS 仅是生成 BCT 的“配置语言”，不是设备树；
BCT 修改的典型场景包括 DDR、PMIC、UPHY、Pinmux；
Kernel DTS 与 BCT 完全不同，作用阶段不同；
自定义载板开发中必须掌握 BCT，才能保证设备可正常上电启动；
Jetson 是行业中唯一采用“BCT 多配置表机制”的 ARM SoC；
理解并掌握 BCT，是 Jetson BSP 工程师的核心能力之一。

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