文件 boot_app0.bin 和 bootloader_dio_80m.bin 的用途是什么？（ESP32 - Arduino IDE）

Question

由 Arduino IDE 执行的 ESP32 flash 命令似乎刷新了两个引导加载程序文件：boot_app0.binat offset0xe000和bootloader_dio_80m.binat offset0x1000。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。下面我提供一些更多信息。

1. 背景

我所在的团队正在为微控制器开发一种新的免费 IDE：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 - 两者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 会启动一个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文件与两个引导加载程序文件和分区表一起闪存到主板上：

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,

该 csv 文件的二进制等价物被刷新到地址0x8000。还有两个引导加载程序文件分别被刷新到地址0xe000和0x1000（参见下一段）。

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bootloader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 的文件夹中'partitions'。它与几个分区文件并存.csv。为什么？但也许当问题 1 得到解答后，这一点就会变得清楚。

另一个bootloader_dio_80m.bin位于名为的文件夹中'sdk/bin/'，与其他文件并排放置，这些文件的名称均以前缀开头'bootloader_'：

问题2：对于在地址 处闪存的引导加载程序文件0x1000，我认为'_40m'和'_80m'后缀代表闪存速度（以 MHz 为单位）。但我不知道'_dio','_dout'和'_qout'后缀代表什么。

请赐教^_^

---

回答

感谢@Juraj，我现在对 ESP32 芯片的启动过程有了更好的了解。我相信它看起来像这样：

1. 第一阶段引导加载程序：
   硬连线ROM 引导加载程序首先运行。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 引导加载程序在闪存地址处加载第二阶段ESP-IDF 软件引导加载程序0x1000。这里的代码是可执行文件，可以在ESP-IDF框架的目录bootloader_dio_80m.bin中找到。components/bootloader第二阶段引导加载程序读取默认在 offset 处找到的分区表0x8000。如果在分区表中找到 OTA 应用程序分区，引导加载程序会查询该ota_data分区以确定应引导哪个分区。

3. BOOT SWITCH
   该ota_data部分可以简单地认为是一个开关，位于0xe000Flash 中。它确定是否应该启动app0或。app1开关本身就是boot_app0.bin二进制文件。正如 Juraj 所说，2kB 大小还用于在 OTA 刷新过程中做笔记。

4. APPLICATION
   应用程序在app0或app1处执行。

也感谢您向我指出这些资源：

• ESP32 引导加载程序
• ESP32启动流程

Answer 1

0x1000 处的二进制文件是引导加载程序。Arduino ESP32 具有与 Arduino IDE 中“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boards.txt 构建）。

引导加载程序功能记录在此处。

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；
• 将此映像加载到 RAM（IRAM 和 DRAM）并将管理传输到其中。

boot_app0.bin是OTA数据分区初始内容。它被记录在这里。

OTA 数据分区大小为两个闪存扇区（0x2000 字节），以防止写入时断电出现问题。扇区被独立地擦除并写入匹配的数据，如果它们不一致，则使用计数器字段来确定哪个扇区是最近写入的。

DIO、QIO、DOUT、QOUT 是闪存的 SPI 模式。不同的esp32模块有不同的闪存芯片及其连接。（D 为双倍，Q 为四倍）