深入理解SoC上电和boot流程

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本文作者：烓围玮未。主要从事ISP/MIPI/SOC/车规芯片设计/SOC架构设计

首发于知乎专栏：芯片设计进阶之路

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当SoC芯片流片回来后，并不是直接通电就可以使用的。需要进行上电复位，然后对SoC进行配置使其进入到正常工作状态，然后才能运行正常的程序和任务。这是一个比较复杂的过程，也是在芯片设计阶段，SoC需要重点考虑的问题。上电不能成功，芯片流片回来直接就不能启动，这也是最重大的失败，所以保证芯片能正常上电启动是SoC设计最重要的第一步。

由于SoC各种各样，不同是SoC的启动流程是有区别的，但是大部分SoC遵循着基本的流程：

1. 上电复位：芯片通电后，所有寄存器和内存被重置到初始状态。

2. Boot阶段：初始化硬件；

3. 操作系统启动：内核初始化，加载驱动，挂载文件系统。

4. 用户空间初始化：启动系统服务和用户界面。

这个过程确保了SOC从断电状态到操作系统完全运行的平滑过渡。下面详细说明每个阶段的内容。

上电复位（Power-On Reset）

当SOC通电或复位信号触发时，SOC进入复位状态。复位电路会将所有寄存器和内存重置为已知的初始状态，确保系统从一个干净的状态开始启动。

Power-On Reset缩写为POR，这是一个非常常见的缩写，需要记住。

这个阶段还需要准备好Boot Mode Pin，确定Boot的介质，Boot Mode在POR释放时候锁存。

POR释放后开始reset flow阶段，SoC内部一般有一个控制reset sequence的状态机FSM，来进行启动阶段的reset。这个reset的控制和SoC内部实现强相关，不同的SoC有不同的实现方式。

同时还会完成下面任务：

1. 确认PLL输出时钟稳定；

2. 会启动必要的外设的时钟；

3. 释放必要的模块的reset；

4. 使用OTP配置内部模块；

5. 进行进行Power-On Self-Test（POST）等

越是复杂的SoC，在这个阶段需要做的事情越多。

Boot阶段

系统引导程序

在遥远的单片机时代，嵌入式设备功能比较单一，每个设备只