SoC 데이터시트 읽기 — Pin Mux·Clock·Memory Map 파악법

#한 줄 요약

“Reference Manual을 처음부터 끝까지 읽으면 BSP가 끝나기 전에 일정이 끝납니다.” — 어디를, 왜, 어떤 순서로 읽어야 하는지가 BSP 엔지니어의 핵심 기술입니다.

NXP i.MX 8M Plus Reference Manual은 5400페이지입니다. Rockchip RK3588 TRM은 3600페이지. TI AM62x는 9000페이지가 넘습니다. 다 읽을 수 없고, 다 읽을 필요도 없습니다. BSP를 띄우는 데 필요한 4개 챕터를 정확히 짚는 것이 이 글의 목표입니다.

#SoC 문서의 종류

벤더가 같은 SoC에 대해 여러 종류의 문서를 발행합니다. 이름이 비슷해 보여도 대상이 완전히 다른 문서입니다.

BSP 엔지니어는 Datasheet에서 핀과 부트 모드를, Reference Manual에서 레지스터와 클록 트리를, Errata에서 버그 workaround를, Application Note에서 DDR 같은 깊은 주제를 봅니다. Pin Mux Spreadsheet가 작업 효율을 좌우합니다.

#반드시 읽어야 할 4개 챕터

Reference Manual의 거의 모든 SoC에서 다음 네 챕터가 BSP의 80%를 결정합니다.

#1. Memory Map (또는 Address Map)

SoC의 모든 물리 주소 공간을 한 표로 보여줍니다. DDR 영역, SRAM 영역, 모든 peripheral의 base address가 여기 있습니다.

NXP i.MX 8M Plus의 메모리 맵 일부입니다.

1
0x0000_0000 - 0x0007_FFFF   Boot ROM
2
0x0010_0000 - 0x0011_FFFF   On-chip SRAM (128KB)
3
0x3000_0000 - 0x303F_FFFF   AIPS-1 (peripheral bus 1)
4
0x3034_0000 - 0x3034_FFFF   IOMUXC (pinmux 컨트롤러)
5
0x3038_0000 - 0x3038_FFFF   CCM    (Clock Control Module)
6
0x3084_0000 - 0x3084_FFFF   UART1
7
0x3082_0000 - 0x3082_FFFF   GPIO1
8
...
9
0x4000_0000 - 0xFFFF_FFFF   DDR (최대 4GB)

이 주소들은 디바이스 트리의 reg 속성에 들어갑니다. 같은 정보가 RM과 dtsi에 중복으로 들어 있어야 합니다. dtsi에 적힌 주소가 잘못되면 peripheral probe가 실패합니다.

읽을 때 다음을 확인합니다.

• DDR base address (대부분 0x4000_0000 또는 0x8000_0000)
• 모든 UART base address (어느 UART이 console인지 미리 결정)
• IOMUXC, CCM의 base address (pin mux와 clock 코드에서 필요)
• Secure 영역과 Non-secure 영역의 경계 (ARMv8 보드)

#2. Clock Tree (또는 Clock and Reset)

루트 oscillator에서 시작해 PLL을 거쳐 모든 peripheral clock으로 가는 트리 구조입니다. SoC에 따라 클록 노드가 200~600개에 달합니다.

i.MX 8M Plus의 단순화된 흐름입니다.

읽을 때 다음을 정합니다.

• 외부 oscillator 주파수 (보드별로 다름, 회로도에서 확인)
• 각 PLL의 목표 주파수 (벤더 BSP의 권장값)
• UART, I2C, SPI, MMC의 parent clock 선택

clock tree가 디바이스 트리의 clocks 속성과 U-Boot SPL의 클록 초기화 코드에 직접 반영됩니다. Ch 4에서 자세히 다룹니다.

#3. Reset and Boot (또는 Boot Sequence)

SoC가 power-on부터 어떤 순서로 peripheral을 깨우고, 어디서 첫 코드를 가져오는지를 다룹니다.

BSP에서 가장 먼저 결정해야 할 것이 boot mode입니다. 같은 i.MX 8M Plus라도 4가지 boot mode가 있습니다.

Boot mode는 보드 위 핀의 strap 저항으로 결정됩니다. RM의 boot 챕터에 BOOT_MODE0/1/2 핀의 표가 있습니다.

이 값이 보드 회로도와 일치해야 합니다. 일치하지 않으면 BootROM이 엉뚱한 미디어를 찾고, 시리얼에는 아무것도 안 나옵니다.

#4. Pin Multiplexing (IOMUXC, PINCTRL)

SoC의 모든 외부 핀이 여러 기능을 가집니다. 한 핀이 UART_TX도, GPIO도, SPI MOSI도, I2S DATA도 될 수 있습니다. 어느 모드를 선택할지가 pin mux입니다.

i.MX 8M Plus의 SAI5_RXFS 핀(Ball K1)의 alternate function 표입니다.

각 ALT는 IOMUXC 레지스터의 MUX_MODE 필드에 해당합니다. RM 표를 보고 우리 보드에서 어떤 ALT를 쓰는지를 정해 디바이스 트리의 pinctrl 노드에 적습니다.

Pin Mux Spreadsheet(별도 XLSX)가 이 정보를 보드 단위로 정리해 주는 보조 자료입니다. 다음 절에서 봅니다.

#Pin Mux Spreadsheet — 가장 유용한 보조 자료

NXP, TI, ST는 공식 Pin Mux 도구를 제공합니다.

도구가 GUI로 핀을 선택하면 DT fragment와 U-Boot board 코드를 생성해 줍니다. 직접 손으로 IOMUXC 레지스터 값을 계산하는 것은 거의 항상 실수의 원천입니다.

NXP의 도구가 생성하는 i.MX 8M Plus DT fragment 예시입니다.

1
&iomuxc {
2
    pinctrl_uart1: uart1grp {
3
        fsl,pins = <
4
            MX8MP_IOMUXC_UART1_RXD__UART1_DCE_RX    0x140
5
            MX8MP_IOMUXC_UART1_TXD__UART1_DCE_TX    0x140
6
        >;
7
    };
8

9
    pinctrl_i2c1: i2c1grp {
10
        fsl,pins = <
11
            MX8MP_IOMUXC_I2C1_SCL__I2C1_SCL         0x400001c2
12
            MX8MP_IOMUXC_I2C1_SDA__I2C1_SDA         0x400001c2
13
        >;
14
    };
15
};

MX8MP_IOMUXC_UART1_RXD__UART1_DCE_RX 같은 매크로가 IOMUXC 레지스터 5개(MUX_CTL, PAD_CTL, INPUT_DAIZY 등)에 들어갈 값을 한꺼번에 캡슐화합니다. 매크로 정의는 arch/arm64/boot/dts/freescale/imx8mp-pinfunc.h에 있습니다.

#Errata는 반드시 읽는다

Errata는 SoC의 알려진 버그입니다. 이걸 안 읽으면 부팅이 잘 안 되는 이유를 평생 찾습니다.

i.MX 8M Plus 실리콘 erratum 예시입니다.

1
ERR050273
2
The PCIe PHY does not handshake correctly under certain
3
timing conditions when L1 sub-state is entered.
4

5
Workaround:
6
Disable L1 sub-state by clearing bit [12] of register
7
PCIE_PORT_PROCESSOR_LANE_CONTROL.

이 workaround가 U-Boot board 코드나 Linux 커널 quirk에 들어가야 합니다. 메인라인이나 vendor BSP에 이미 들어가 있는 경우가 많지만, 우리가 fork한 시점 이후의 erratum은 직접 적용해야 합니다.

읽는 순서는 다음과 같습니다.

1. SoC vendor 사이트에서 해당 SoC의 최신 errata를 받습니다.
2. Severity High 또는 Critical만 먼저 봅니다. 보통 10건 미만입니다.
3. 각 erratum의 workaround가 우리 코드에 적용되어 있는지 확인합니다.
4. 안 들어가 있다면 BSP의 알려진 문제 목록에 올립니다.

#무엇을 건너뛰어도 되는가

RM의 다음 부분은 BSP 첫 부팅 단계에서는 건너뛰어도 됩니다.

• GPU/VPU/카메라 ISP 관련 챕터 — 대형 IP는 별도 드라이버 작업으로, 첫 부팅 이후 단계.
• PCIe 상세 — Wi-Fi가 PCIe면 필요. 아니면 후순위.
• CAN, FlexRay 같은 산업용 버스 — 그 기능을 쓰는 보드에서만.
• DSP, NPU 코어 챕터 — 대부분의 BSP가 Linux 부팅까지는 무시.
• Security IP 상세 — TF-A가 위임받는 부분. 따로 다룸.

이런 챕터를 제품 요구사항에 따라 차차 읽어나갑니다. 첫 부팅까지는 위 4개 챕터로 충분합니다.

#회로도 읽기 — RM의 짝꿍

RM이 SoC의 능력을 보여준다면, 회로도는 우리 보드가 그 능력을 어떻게 활용하는지를 보여줍니다. BSP는 둘을 교차 참조하며 작업합니다.

회로도에서 BSP에 직접 필요한 정보입니다.

• XTAL 주파수 (보통 24MHz, 25MHz, 32.768kHz)
• BOOT_MODE 핀의 strap 저항값
• UART1 (또는 console UART)의 RX/TX 핀 번호
• 어느 USDHC가 SD에, 어느 USDHC가 eMMC에 연결되는지
• Ethernet PHY 모델 (Atheros AR8031, RTL8211 등) + MDIO 주소
• DDR 칩 모델 (Micron MT41K, SK Hynix H5AN 등)
• DDR 칩 개수 (1, 2, 4) → DRAM bus width 결정
• PMIC 모델 + I2C 주소
• Wi-Fi/BT 모듈 종류 (TI WL18xx, Cypress CYW43xx)
• 각 power rail의 voltage (1.0V, 1.1V, 1.8V, 3.3V)
• Reset 회로 (POR_B, watchdog reset)

이 목록을 완전히 채울 때까지 BSP 작업을 시작하지 않습니다. 빈칸이 있다면 부팅 도중 발견하게 되는데, 그 시점에는 디버깅 비용이 훨씬 큽니다.

#RM 읽기의 효율 — 검색이 80%

수천 페이지를 순서대로 읽는 것은 비효율적입니다. 다음 방식이 훨씬 빠릅니다.

1
[검색 워크플로우]
2

3
1. PDF reader에서 keyword 검색
4
   "UART1 base address" → 메모리 맵 표
5
   "PLL1" → clock 트리 그림
6
   "BOOT_MODE" → boot mode 표
7

8
2. 그림(figure) 중심으로 본다
9
   Clock tree, memory map, boot sequence 그림이
10
   해당 챕터의 *요약*에 해당.
11

12
3. 표(table)를 우선 본다
13
   Pin mux 표, 레지스터 표, boot 모드 표.
14
   본문은 표를 *해설*하는 형태가 많다.
15

16
4. 비슷한 SoC의 BSP source를 *반대로* 본다
17
   `arch/arm64/boot/dts/freescale/imx8mp-evk.dts`에서
18
   `interrupts = <GIC_SPI 26 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>`를 찾고,
19
   RM의 GIC interrupt 표에서 *왜 26인지* 역추적.

특히 세 번째가 강력합니다. 비슷한 보드의 동작하는 BSP가 RM의 가장 정확한 해석서입니다.

#실전 예 — i.MX 8M Plus 콘솔 UART 결정

새 보드의 console UART을 RM과 회로도를 교차 참조하면서 정하는 흐름을 봅시다.

단계 1: 회로도 확인. debug 헤더의 RX/TX 핀이 SoC의 어떤 ball에 연결되어 있는지 확인합니다. 결과: K17(UART2_RXD), L17(UART2_TXD).

단계 2: RM의 pin mux 표. Ball K17의 ALT 표를 봅니다(UART2_RXD pad).

ALT0이 UART2 RX입니다.

단계 3: 메모리 맵에서 UART2 base address. RM 메모리 맵 챕터.

1
0x3089_0000 - 0x3089_FFFF   UART2

단계 4: DT 작성. imx8mp.dtsi에 이미 정의된 &uart2 노드를 활성화합니다.

1
&uart2 {
2
    pinctrl-names = "default";
3
    pinctrl-0 = <&pinctrl_uart2>;
4
    status = "okay";
5
};
6

7
&iomuxc {
8
    pinctrl_uart2: uart2grp {
9
        fsl,pins = <
10
            MX8MP_IOMUXC_UART2_RXD__UART2_DCE_RX    0x140
11
            MX8MP_IOMUXC_UART2_TXD__UART2_DCE_TX    0x140
12
        >;
13
    };
14
};

단계 5: U-Boot defconfig.

1
CONFIG_DEBUG_UART=y
2
CONFIG_DEBUG_UART_BASE=0x30890000
3
CONFIG_DEBUG_UART_CLOCK=24000000
4
CONFIG_DEBUG_UART_IMX=y

이렇게 RM → 회로도 → DT → defconfig의 일직선 흐름이 BSP 작업의 최소 단위입니다.

#Reference Manual 첫 일주일 일정

새 SoC를 처음 받았을 때 일주일 안에 다음을 끝냅니다.

이 일주일을 충실히 거치면 그 뒤 부팅 디버깅이 훨씬 효율적입니다.

#자주 하는 실수

#Datasheet와 Reference Manual을 혼동

Datasheet는 얇고 전기적 특성 중심입니다. Reference Manual은 두껍고 레지스터 중심입니다. BSP는 RM을 봅니다. 자료를 받았는데 얇으면 “혹시 datasheet만 받은 것 아닌가” 확인합니다.

#영문 PDF에 비활성 검색

스캔된 PDF는 검색이 안 됩니다. digital born PDF인지 확인합니다. 안 되면 OCR을 돌리거나 벤더의 최신 버전을 받습니다. 검색 안 되는 RM과 작업하는 것은 눈 감고 코끼리 만지기입니다.

#Errata를 최신본으로 안 받음

Errata는 수시로 갱신됩니다. 6개월 전에 받은 것이 이미 outdated일 수 있습니다. 새 erratum이 우리 보드의 알 수 없는 문제를 설명해 줄 수 있습니다.

#Pin Mux를 손으로 계산

IOMUXC 레지스터의 5개 필드를 직접 비트 시프트로 계산하는 사람을 가끔 봅니다. 거의 항상 한두 비트가 틀립니다. 벤더 도구가 만든 매크로를 씁니다.

#Vendor 도구 사용을 거부

“외부 도구는 못 믿겠다”고 손으로 모두 짜는 경우가 있습니다. NXP MCUXpresso Config Tools, TI SysConfig, ST CubeMX는 벤더 reference BSP의 입력입니다. 손으로 짜면 벤더와 다른 길로 가게 되어 디버깅 도움을 받기 어렵습니다.

#정리

• Reference Manual의 4개 챕터가 BSP의 80%를 결정합니다. Memory Map, Clock Tree, Reset & Boot, Pin Multiplexing입니다.
• Datasheet와 Reference Manual은 다른 문서입니다. BSP는 RM을 봅니다.
• Errata는 반드시 최신본을 받아 Severity High부터 봅니다.
• Pin Mux Spreadsheet (NXP MCUXpresso, TI SysConfig, ST CubeMX)는 반드시 사용합니다. 손 계산은 실수의 원천입니다.
• 회로도와 RM은 교차 참조합니다. 회로도가 우리 보드를, RM이 SoC의 능력을 보여줍니다.
• RM 읽기는 *검색이 80%*입니다. 순서대로 읽지 말고 keyword, figure, table 중심으로 점프합니다.
• 비슷한 보드의 동작하는 BSP source가 가장 정확한 RM 해석서입니다.
• 새 SoC 첫 일주일: Memory Map, Clock, Boot, Pin Mux, Errata, 회로도, reference BSP 구조 익히기.

#다음 편

Ch 3 — Device Tree 설계에서는 RM에서 얻은 정보를 디바이스 트리로 표현하는 방법, <soc>.dtsi 상속, <board>.dts 작성, overlay 사용을 다룹니다.

#관련 항목

• Ch 1: BSP란 무엇인가
• Ch 3: Device Tree 설계
• Ch 4: Pin Mux와 Clock
• Ch 5: DDR 매개변수 — 보드별 timing
• 원문 — NXP i.MX 8M Plus Reference Manual
• 원문 — TI AM62x Technical Reference Manual