CPU 平台与启动流程

AD23N（sh59 内核）平台的 CPU 架构、上电复位后的完整启动链路与系统初始化流程，覆盖从 MaskROM 引导、c_main 入口到 system_init 外设初始化的全部阶段。

Purpose and Scope

本页面向 AD23N 平台的 CPU 内核特性 与 启动（Boot）流程，说明固件从复位向量进入 C 语言主入口 c_main() 后，如何依次完成中断向量、看门狗、时钟、电源、内存、文件系统/VM、外设与音频子系统的初始化，最终进入应用主循环。

本页不展开以下属于兄弟页面的主题，仅在启动流程中提及调用点：

• 时钟/PLL 的详细配置（clk_early_init 内部算法）→ 见「时钟系统」页面
• 电源管理状态机（power_early_flowing / power_later_flowing）→ 见「电源管理」页面
• 内存堆管理与 MMU 映射（mem_init）→ 见「内存管理」页面
• 单个外设驱动的实现（GPADC、按键、DAC 等）→ 见各外设页面

Overview

AD23N 是杰理（Jieli）面向音频/蓝牙应用的 MCU 平台，其 CPU 核为 sh59（SDK 中所有平台相关目录均以 sh59 命名，例如 sdk/app/bsp/cpu/sh59/、sdk/app/bsp/start/sh59/、sdk/app/src/mbox_flash/sh59/）。该内核为双核 DSP 架构，代码中通过 core_num() 获取当前核编号，并通过 q32DSP(core_num())->ICFGxx 寄存器窗口访问中断配置。

启动流程的职责划分非常清晰，分为三层：

1. ROM 层（MaskROM）：芯片出厂固化的引导程序，负责加载应用固件并把控制权交给 c_main(cfg_addr)，同时提供 mask_init 回调注册机制（打印、延时、中断开关、异常分析钩子）。
2. 平台初始化层（sdk/app/bsp/start/sh59/）：main.c 中的 c_main() 串起整条初始化流水线；init.c 中的 early_system_init() / system_init() 分别完成「为时钟初始化提供 VM/Flash 能力」的早期初始化和「外设 + 音频」的完整初始化。
3. 应用层：app() 进入业务逻辑，随后进入喂狗主循环。

关键设计意图：

• 分阶段初始化：把「读 Flash 分区/VM 配置」提前到 early_system_init()，因为时钟初始化需要读取 VM 中的校准/配置数据；init.c 中的注释明确写道「该部分提前初始化为时钟初始化使用VM功能」。
• 异常可见性：启动早期就通过 maskrom_init() 注册 exception_analyze 与 exception_irq_handler，保证任何初始化阶段的崩溃都能被定位到具体异常。
• 看门狗兜底：c_main 一进入就设置 WDT_8S 看门狗，且主循环持续 wdt_clear()，任何阶段死循环都会触发复位，避免系统挂死。

Architecture

下图展示了从 ROM 引导到应用主循环的完整启动架构及各阶段调用关系：

flowchart TD
    subgraph sg_ROM["ROM 层 (MaskROM)"]
        BOOT["BootROM 加载应用固件"]
        MASK["maskrom_init()<br/>mask_init + interrupt_init + request_irq"]
    end

    subgraph sg_START["平台启动层 (bsp/start/sh59)"]
        CMAIN["c_main(cfg_addr)"]
        WDT["wdt_init(WDT_8S)"]
        EFUSE["efuse_init()"]
        CLK["clk_voltage_init + clk_early_init"]
        LOG["log_init + printf 注册"]
        PWR["power_early_flowing<br/>board_power_init"]
        MEM["mem_init() + critical_hook_init()"]
        EARLY["early_system_init()<br/>VFS / Flash分区 / VM / tzflash"]
        PWR2["power_later_flowing()"]
        SYS["system_init()<br/>消息 / GPADC / 电源 / 定时器 / 按键<br/>设备 / NORFS / 音频 / DAC"]
        APP["app() 应用逻辑"]
        IDLE["while(1): wdt_clear + mdelay(500)"]
    end

    BOOT --> CMAIN
    CMAIN --> MASK
    MASK --> WDT
    WDT --> EFUSE
    EFUSE --> CLK
    CLK --> LOG
    LOG --> PWR
    PWR --> MEM
    MEM --> EARLY
    EARLY --> PWR2
    PWR2 --> SYS
    SYS --> APP
    APP --> IDLE

各阶段职责：

启动主入口：c_main 逐步解析

c_main(int cfg_addr) 是整个应用固件的 C 语言入口，BootROM 完成硬件引导后跳转至此。它是一条严格的初始化流水线——顺序不可随意调整，因为每一步都为下一步提供前提条件。

int c_main(int cfg_addr)
{
    maskrom_init();
    wdt_init(WDT_8S);
    efuse_init();
    clk_voltage_init(CLOCK_MODE_ADAPTIVE, DVDD_VOL_123V);
    clk_early_init(PLL_REF_LRC, 200000, 480000000);

    log_init(1000000);
    register_handle_printf_putchar(putchar);

    log_info("--------sh59-apps-------------\n");
    power_early_flowing();
    board_power_init();
    clock_dump();
    efuse_dump();

    mem_init();
    /* mem_stats(); */
    critical_hook_init();
    early_system_init();
    power_later_flowing();
    xprintf("sh59 main!\n");

    system_init();
    app();
    while (1) {
        wdt_clear();
        mdelay(500);
        putchar('h');
    }

    return 0;
}

Source: main.c

逐步说明：

1. maskrom_init()：建立与 MaskROM 的协作。填充 struct maskrom_argv，把应用侧的 putchar（打印）、exception_analyze（异常分析）、udelay（微秒延时）、local_irq_enable/disable（中断开关）注册给 ROM，随后 mask_init(&argv) 让 ROM 驱动接管这些能力；接着 interrupt_init() 清零中断配置，request_irq(IRQ_EXCEPTION_IDX, 7, exception_irq_handler, 0) 注册异常中断，debug_init() 初始化调试通道。设计意图：异常处理必须在任何业务逻辑之前就位，保证后续初始化出错时可回溯。
2. wdt_init(WDT_8S)：启用 8 秒看门狗。从这一刻起，初始化总时长必须小于 8 秒，否则芯片自动复位——这是对初始化性能的硬约束。
3. efuse_init() / efuse_dump()：读取 eFuse（芯片一次性熔丝配置，含校准信息），后续时钟/电源初始化依赖其中数据。
4. clk_voltage_init(CLOCK_MODE_ADAPTIVE, DVDD_VOL_123V)：设置 DVDD 内核电压 1.23V，选择自适应时钟模式。
5. clk_early_init(PLL_REF_LRC, 200000, 480000000)：以 LRC（低频 RC 振荡器）为 PLL 参考源，参数为参考频率 200kHz、目标主频 48MHz。早期就用 PLL 把 CPU 提到 48MHz，缩短后续初始化耗时。
6. log_init(1000000)：日志波特率 1Mbps；随后 register_handle_printf_putchar(putchar) 统一 printf 与 putchar 输出通道，保证 log_info/xprintf 可用。
7. power_early_flowing() / board_power_init()：切换电源域、初始化板级电源轨。此时时钟已就绪，电源可以按最终负载配置。
8. mem_init()：堆初始化。此前的初始化尽量少用动态内存，之后 early_system_init/system_init 可以自由 malloc。
9. critical_hook_init()：注册临界区钩子 enter_critical_hook / exit_critical_hook，供中断保护模块使用。
10. early_system_init() → power_later_flowing()：先让文件系统/VM 可用，再做电源后段流程（详见下一节）。
11. system_init()：外设与音频全量初始化（详见下节）。
12. app()：进入应用。正常应用不应返回；若返回，则落入 while (1) 心跳循环：每 500ms 清一次看门狗并输出 h，防止复位同时提供存活指示。

early_system_init：为时钟准备 VM 能力

void early_system_init(void)
{
    /* 该部分提前初始化为时钟初始化使用VM功能 */

    vfs_resource_init();
    vfs_init();

    flash_info_init();
    vm_init_api();
    tzflash_change_mode();
}

Source: init.c

这段注释直接点明了设计意图：时钟初始化需要读取 VM（虚拟存储/配置区）中的数据，因此必须先把 VFS（虚拟文件系统）和 Flash 分区挂载起来。flash_info_init() 通过 VFS 打开 /app_area_head/VM 获取 VM 分区的文件属性（sclust/fsize），据此设置 SFC（SPI Flash 控制器）的未加密分区（IOCTL_SET_PART_INFO），并查询 otp_cfg 顶层分区地址写入 sydf_cfg；vm_init_api() 再打开 /app_area_head/EEPROM 分区，把起始簇与大小交给 syscfg_vm_init()；最后 tzflash_change_mode() 切换 TrustZone Flash 工作模式。

system_init：外设与音频全量初始化

void system_init(void)
{
    /* clock_2_64m(); */
    d_key_voice_init();
    message_init();

    gpadc_init();
    app_power_init();
    tick_timer_init();

    key_init();

    devices_init();

    norfs_init_api();

    audio_init();
    dac_mode_init(31, NULL);
    dac_init_api(SR_DEFAULT, 0);

    //升级初始化
#if TFG_DEV_UPGRADE_SUPPORT
    /* 暂不支持 */
    /* int app_update_init(void); */
    /* app_update_init(); */
#endif
}

Source: init.c

初始化顺序遵循依赖关系：先建消息机制（message_init）与按键语音（d_key_voice_init），再初始化模拟采样（GPADC，按键扫描依赖它）与电源管理、tick 定时器；之后才是按键、设备框架、NORFS 文件系统；最后是音频链路——audio_init() 建立音频框架，dac_mode_init(31, NULL) 配置 DAC 工作模式，dac_init_api(SR_DEFAULT, 0) 以默认采样率启动 DAC。升级模块由 TFG_DEV_UPGRADE_SUPPORT 宏控制，当前 SDK 中暂未启用。

启动时序

sequenceDiagram
    participant ROM as BootROM / MaskROM
    participant M as main.c c_main
    participant I as init.c
    participant HW as 硬件 (Clock/Power/SFC)

    ROM->>M: 跳转 c_main(cfg_addr)
    M->>M: maskrom_init(): 注册回调 + 异常IRQ + debug_init
    M->>M: wdt_init(WDT_8S) / efuse_init()
    M->>HW: clk_voltage_init(CLOCK_MODE_ADAPTIVE, 1.23V)
    M->>HW: clk_early_init(PLL_REF_LRC, 48MHz)
    M->>HW: power_early_flowing() / board_power_init()
    M->>M: mem_init() / critical_hook_init()
    M->>I: early_system_init()
    I->>I: vfs_resource_init / vfs_init
    I->>HW: flash_info_init(): 解析 VM 分区 + OTP 配置
    I->>I: vm_init_api(): EEPROM 分区 -> syscfg_vm_init
    I->>HW: tzflash_change_mode()
    M->>M: power_later_flowing()
    M->>I: system_init()
    I->>I: 消息 / GPADC / 电源 / 定时器 / 按键 / 设备 / NORFS / 音频 / DAC
    M->>M: app() 进入应用
    M->>M: while(1): wdt_clear() + mdelay(500) + putchar('h')

中断与异常处理

CPU 的中断初始化在启动早期完成，由 main.c 中的 interrupt_init() 与 init.c 中的 all_init_isr() 分工：

void interrupt_init(void)
{
    int i ;

    local_irq_disable();

    volatile unsigned int *icfg_ptr = &(q32DSP(core_num())->ICFG00);
    for (i = 0 ; i < 32 ; i++) {
        icfg_ptr[i] = 0;
    }

    local_irq_enable();
}

Source: main.c

interrupt_init() 在关中断状态下，通过 q32DSP(core_num()) 拿到当前核的 DSP 寄存器映射，把 32 个中断配置寄存器 ICFG00~ICFG31 全部清零——即关闭所有中断源，构建一个干净的中断起点。

void all_init_isr(void)
{
    u32 i;
    unsigned int *israddr = (unsigned int *)IRQ_MEM_ADDR;
    for (i = 0; i < 32; i++) {
        israddr[i] = (u32)exception_irq_handler;
    }
}

Source: init.c

all_init_isr() 把 IRQ_MEM_ADDR 处的 32 个中断向量入口全部指向 exception_irq_handler，保证任何未单独注册的中断都会落到统一的异常处理逻辑（配合 exception_analyze 输出异常现场），而不是执行到未定义地址。maskrom_init() 中的 request_irq(IRQ_EXCEPTION_IDX, 7, exception_irq_handler, 0) 则显式注册了异常中断源，优先级 7。

flowchart TD
    subgraph sg_IRQ["中断子系统初始化"]
        INT_INIT["interrupt_init()<br/>q32DSP(core_num())->ICFG00~31 清零"]
        ALL_ISR["all_init_isr()<br/>IRQ_MEM_ADDR 32项填 exception_irq_handler"]
        REQ_IRQ["request_irq(IRQ_EXCEPTION_IDX, 7,<br/>exception_irq_handler, 0)"]
        EXC["exception_irq_handler / exception_analyze<br/>输出异常现场"]
    end

    INT_INIT --> ALL_ISR
    ALL_ISR --> REQ_IRQ
    REQ_IRQ --> EXC
    EXC -->|"未处理异常"| WDT["看门狗复位兜底"]

Flash 分区与写入保护机制

启动流程早期需要解析 Flash 布局，init.c 中的 struct sydf_cfg_info 与 VFS 属性结构承载了这些数据：

struct sydf_cfg_info {
    u32 votp_cfg_addr;
    u32 votp_cfg_len;
    u32 ini_cfg_addr;
    u32 ini_cfg_len;
};
struct sydf_cfg_info sydf_cfg;

Source: init.c

启动阶段解析出的关键区域包括：

Flash 写入保护由 flash_code_protect_callback 实现：

AT_SPI_CODE/*该函数放置段不可更改*/
u32 flash_code_protect_callback(u32 offset, u32 len)
{
    u32 limit_addr = vm_attr.sclust;
    /* log_info("0x%x 0x%x", limit_addr, offset); */
    if ((offset < limit_addr) || ((offset + len) > boot_info.flash_size)) {
        /* 超过正常擦写区域，不进行擦写操作 */
        return 1;
    } else {
        /* 进行擦写操作 */
        return 0;
    }
}

Source: init.c

该回调是写保护策略：vm_attr.sclust 是 VM 分区的起始簇，也是「应用代码区」与「可写数据区」的分界线。任何擦写请求若落在 [sclust, flash_size) 之外（即越过边界进入固件/引导区），直接拒绝（返回 1）；只有位于 VM 与数据区之内的操作才被放行（返回 0）。函数用 AT_SPI_CODE 段属性强制驻留在 SPI 可执行区域，避免保护逻辑本身不可访问。设计意图：防止上层误擦固件导致变砖，同时允许 VM/数据区正常读写。

版本与启动标识

固件在 .version 段放置升级版本标识：

sec_used(.version)
u8 const lib_update_version[] = "\x7c\x4f\x94\x0aUPDATE-@20210816-$9c89ae0";

Source: init.c

sec_used(.version) 将该数组固定放置到 .version 段，BootROM/升级工具可通过固定地址读取版本字符串（包含日期 20210816 与校验后缀）以判断固件是否需要升级。

配置选项

失败模式、边界情况与并发

• 初始化超时 → 看门狗复位：c_main 启动即启用 WDT_8S，若 early_system_init/system_init 任一环节阻塞超过 8 秒（例如 Flash 器件无响应、VFS 挂载失败死等），芯片会被硬件复位。这是启动流程最核心的失败兜底，调试时可通过 putchar('h') 心跳判断系统是否仍存活。
• 异常中断兜底：interrupt_init 清零全部 ICFG + all_init_isr 填充 32 项异常向量 + request_irq(IRQ_EXCEPTION_IDX,...) 注册，构成三层防护——即使驱动注册了错误的中断号，也会进入 exception_irq_handler 打印现场而非跑飞。
• Flash 越界擦写拒绝：flash_code_protect_callback 对任何越过 vm_attr.sclust 下界或超出 boot_info.flash_size 上界的擦写返回 1 拒绝；边界条件 offset == limit_addr 或 offset + len == flash_size 恰好等于边界时放行，属于闭区间策略。
• 临界区一致性：interrupt_init 在 local_irq_disable() 下修改 ICFG，防止与已使能的中断竞争；critical_hook_init 注册的 enter/exit 钩子为后续临界区保护提供统一入口。
• 双核寄存器访问：ICFG 操作通过 q32DSP(core_num()) 访问当前核的窗口，不同核互不干扰；跨核共享资源（如 mbox_flash 目录下的 cpu_config.c）的初始化由各自核的启动流程分别完成。
• cfg_addr 参数：c_main 的入参来自 BootROM，若引导配置损坏，可能传入非法地址；SDK 未在 c_main 内校验该参数，依赖 BootROM 侧的完整性校验。

扩展点

• 板级电源：board_power_init() 是板级电源的注入点，不同硬件板卡可在此挂接自定义电源轨。
• 升级能力：system_init 中 #if TFG_DEV_UPGRADE_SUPPORT 预留给升级模块（app_update_init），当前关闭，开启后可扩展 OTA 初始化。
• 异常分析钩子：maskrom_init 将 exception_analyze 注册给 ROM，可通过替换该回调定制异常现场输出格式。
• printf 通道：register_handle_printf_putchar(putchar) 统一了日志输出，可替换 putchar 实现以重定向日志到不同物理通道。

相关链接

• main.c — c_main 启动流水线
• init.c — early_system_init / system_init
• init.c — Flash 写保护回调
• sh59 CPU 平台目录
• 时钟系统、电源管理、内存管理、外设驱动等主题详见各自独立页面