]> git.ipfire.org Git - people/ms/u-boot.git/blobdiff - doc/README.x86
Merge branch 'master' of git://git.denx.de/u-boot-fsl-qoriq
[people/ms/u-boot.git] / doc / README.x86
index 00b3ed01efcbb92fb34af8c0663764355364ece3..c5c3010ee2ba392ad6b82fa21479cac91b4d0f3a 100644 (file)
@@ -18,15 +18,27 @@ U-Boot supports running as a coreboot [1] payload on x86. So far only Link
 work with minimal adjustments on other x86 boards since coreboot deals with
 most of the low-level details.
 
-U-Boot also supports booting directly from x86 reset vector without coreboot,
-aka raw support or bare support. Currently Link, QEMU x86 targets and all
-Intel boards support running U-Boot 'bare metal'.
+U-Boot also supports booting directly from x86 reset vector, without coreboot.
+In this case, known as bare mode, from the fact that it runs on the
+'bare metal', U-Boot acts like a BIOS replacement. The following platforms
+are supported:
+
+   - Bayley Bay
+   - Cougar Canyon 2 CRB
+   - Crown Bay CRB
+   - Galileo
+   - Link (Chromebook Pixel)
+   - Minnowboard MAX
+   - Samus (Chromebook Pixel 2015)
+   - QEMU x86
 
 As for loading an OS, U-Boot supports directly booting a 32-bit or 64-bit
 Linux kernel as part of a FIT image. It also supports a compressed zImage.
+U-Boot supports loading an x86 VxWorks kernel. Please check README.vxworks
+for more details.
 
-Build Instructions
-------------------
+Build Instructions for U-Boot as coreboot payload
+-------------------------------------------------
 Building U-Boot as a coreboot payload is just like building U-Boot for targets
 on other architectures, like below:
 
@@ -48,6 +60,8 @@ Change the 'Board configuration file' and 'Board Device Tree Source (dts) file'
 to point to a new board. You can also change the Cache-As-RAM (CAR) related
 settings here if the default values do not fit your new board.
 
+Build Instructions for U-Boot as BIOS replacement (bare mode)
+-------------------------------------------------------------
 Building a ROM version of U-Boot (hereafter referred to as u-boot.rom) is a
 little bit tricky, as generally it requires several binary blobs which are not
 shipped in the U-Boot source tree. Due to this reason, the u-boot.rom build is
@@ -58,7 +72,9 @@ $ export BUILD_ROM=y
 
 This tells the Makefile to build u-boot.rom as a target.
 
-Link-specific instructions:
+---
+
+Chromebook Link specific instructions for bare mode:
 
 First, you need the following binary blobs:
 
@@ -87,7 +103,90 @@ Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom:
 $ make chromebook_link_defconfig
 $ make all
 
-Intel Crown Bay specific instructions:
+---
+
+Chromebook Samus (2015 Pixel) instructions for bare mode:
+
+First, you need the following binary blobs:
+
+* descriptor.bin - Intel flash descriptor
+* me.bin - Intel Management Engine
+* mrc.bin - Memory Reference Code, which sets up SDRAM
+* refcode.elf - Additional Reference code
+* vga.bin - video ROM, which sets up the display
+
+If you have a samus you can obtain them from your flash, for example, in
+developer mode on the Chromebook (use Ctrl-Alt-F2 to obtain a terminal and
+log in as 'root'):
+
+   cd /tmp
+   flashrom -w samus.bin
+   scp samus.bin username@ip_address:/path/to/somewhere
+
+If not see the coreboot tree [4] where you can use:
+
+   bash crosfirmware.sh samus
+
+to get the image. There is also an 'extract_blobs.sh' scripts that you can use
+on the 'coreboot-Google_Samus.*' file to short-circuit some of the below.
+
+Then 'ifdtool -x samus.bin' on your development machine will produce:
+
+   flashregion_0_flashdescriptor.bin
+   flashregion_1_bios.bin
+   flashregion_2_intel_me.bin
+
+Rename flashregion_0_flashdescriptor.bin to descriptor.bin
+Rename flashregion_2_intel_me.bin to me.bin
+You can ignore flashregion_1_bios.bin - it is not used.
+
+To get the rest, use 'cbfstool samus.bin print':
+
+samus.bin: 8192 kB, bootblocksize 2864, romsize 8388608, offset 0x700000
+alignment: 64 bytes, architecture: x86
+
+Name                           Offset     Type         Size
+cmos_layout.bin                0x700000   cmos_layout  1164
+pci8086,0406.rom               0x7004c0   optionrom    65536
+spd.bin                        0x710500   (unknown)    4096
+cpu_microcode_blob.bin         0x711540   microcode    70720
+fallback/romstage              0x722a00   stage        54210
+fallback/ramstage              0x72fe00   stage        96382
+config                         0x7476c0   raw          6075
+fallback/vboot                 0x748ec0   stage        15980
+fallback/refcode               0x74cd80   stage        75578
+fallback/payload               0x75f500   payload      62878
+u-boot.dtb                     0x76eb00   (unknown)    5318
+(empty)                        0x770000   null         196504
+mrc.bin                        0x79ffc0   (unknown)    222876
+(empty)                        0x7d66c0   null         167320
+
+You can extract what you need:
+
+   cbfstool samus.bin extract -n pci8086,0406.rom -f vga.bin
+   cbfstool samus.bin extract -n fallback/refcode -f refcode.rmod
+   cbfstool samus.bin extract -n mrc.bin -f mrc.bin
+   cbfstool samus.bin extract -n fallback/refcode -f refcode.bin -U
+
+Note that the -U flag is only supported by the latest cbfstool. It unpacks
+and decompresses the stage to produce a coreboot rmodule. This is a simple
+representation of an ELF file. You need the patch "Support decoding a stage
+with compression".
+
+Put all 5 files into board/google/chromebook_samus.
+
+Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom:
+
+$ make chromebook_link_defconfig
+$ make all
+
+If you are using em100, then this command will flash write -Boot:
+
+   em100 -s -d filename.rom -c W25Q64CV -r
+
+---
+
+Intel Crown Bay specific instructions for bare mode:
 
 U-Boot support of Intel Crown Bay board [4] relies on a binary blob called
 Firmware Support Package [5] to perform all the necessary initialization steps
@@ -122,18 +221,51 @@ Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
 $ make crownbay_defconfig
 $ make all
 
-Intel Minnowboard Max instructions:
+---
+
+Intel Cougar Canyon 2 specific instructions for bare mode:
+
+This uses Intel FSP for 3rd generation Intel Core and Intel Celeron processors
+with mobile Intel HM76 and QM77 chipsets platform. Download it from Intel FSP
+website and put the .fd file (CHIEFRIVER_FSP_GOLD_001_09-OCTOBER-2013.fd at the
+time of writing) in the board directory and rename it to fsp.bin.
+
+Now build U-Boot and obtain u-boot.rom
+
+$ make cougarcanyon2_defconfig
+$ make all
+
+The board has two 8MB SPI flashes mounted, which are called SPI-0 and SPI-1 in
+the board manual. The SPI-0 flash should have flash descriptor plus ME firmware
+and SPI-1 flash is used to store U-Boot. For convenience, the complete 8MB SPI-0
+flash image is included in the FSP package (named Rom00_8M_MB_PPT.bin). Program
+this image to the SPI-0 flash according to the board manual just once and we are
+all set. For programming U-Boot we just need to program SPI-1 flash.
+
+---
+
+Intel Bay Trail based board instructions for bare mode:
 
 This uses as FSP as with Crown Bay, except it is for the Atom E3800 series.
+Two boards that use this configuration are Bayley Bay and Minnowboard MAX.
 Download this and get the .fd file (BAYTRAIL_FSP_GOLD_003_16-SEP-2014.fd at
-the time of writing). Put it in the board directory:
-board/intel/minnowmax/fsp.bin
+the time of writing). Put it in the corresponding board directory and rename
+it to fsp.bin.
 
 Obtain the VGA RAM (Vga.dat at the time of writing) and put it into the same
-directory: board/intel/minnowmax/vga.bin
+board directory as vga.bin.
+
+You still need two more binary blobs. For Bayley Bay, they can be extracted
+from the sample SPI image provided in the FSP (SPI.bin at the time of writing).
+
+   $ ./tools/ifdtool -x BayleyBay/SPI.bin
+   $ cp flashregion_0_flashdescriptor.bin board/intel/bayleybay/descriptor.bin
+   $ cp flashregion_2_intel_me.bin board/intel/bayleybay/me.bin
 
-You still need two more binary blobs. The first comes from the original
-firmware image available from:
+For Minnowboard MAX, we can reuse the same ME firmware above, but for flash
+descriptor, we need get that somewhere else, as the one above does not seem to
+work, probably because it is not designed for the Minnowboard MAX. Now download
+the original firmware image for this board from:
 
 http://firmware.intel.com/sites/default/files/2014-WW42.4-MinnowBoardMax.73-64-bit.bin_Release.zip
 
@@ -150,16 +282,8 @@ This will provide the descriptor file - copy this into the correct place:
 
    $ cp flashregion_0_flashdescriptor.bin board/intel/minnowmax/descriptor.bin
 
-Then do the same with the sample SPI image provided in the FSP (SPI.bin at
-the time of writing) to obtain the last image. Note that this will also
-produce a flash descriptor file, but it does not seem to work, probably
-because it is not designed for the Minnowmax. That is why you need to get
-the flash descriptor from the original firmware as above.
-
-   $ ./tools/ifdtool -x BayleyBay/SPI.bin
-   $ cp flashregion_2_intel_me.bin board/intel/minnowmax/me.bin
-
 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
+Note: below are examples/information for Minnowboard MAX.
 
 $ make minnowmax_defconfig
 $ make all
@@ -179,8 +303,9 @@ Offset   Description         Controlling config
 000000   descriptor.bin      Hard-coded to 0 in ifdtool
 001000   me.bin              Set by the descriptor
 500000   <spare>
+6f0000   MRC cache           CONFIG_ENABLE_MRC_CACHE
 700000   u-boot-dtb.bin      CONFIG_SYS_TEXT_BASE
-790000   vga.bin             CONFIG_X86_OPTION_ROM_ADDR
+790000   vga.bin             CONFIG_VGA_BIOS_ADDR
 7c0000   fsp.bin             CONFIG_FSP_ADDR
 7f8000   <spare>             (depends on size of fsp.bin)
 7fe000   Environment         CONFIG_ENV_OFFSET
@@ -188,8 +313,9 @@ Offset   Description         Controlling config
 
 Overall ROM image size is controlled by CONFIG_ROM_SIZE.
 
+---
 
-Intel Galileo instructions:
+Intel Galileo instructions for bare mode:
 
 Only one binary blob is needed for Remote Management Unit (RMU) within Intel
 Quark SoC. Not like FSP, U-Boot does not call into the binary. The binary is
@@ -208,7 +334,9 @@ Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
 $ make galileo_defconfig
 $ make all
 
-QEMU x86 target instructions:
+---
+
+QEMU x86 target instructions for bare mode:
 
 To build u-boot.rom for QEMU x86 targets, just simply run
 
@@ -235,10 +363,10 @@ this capability yet. The command is as follows:
 
 # in the coreboot root directory
 $ ./build/util/cbfstool/cbfstool build/coreboot.rom add-flat-binary \
-  -f u-boot-dtb.bin -n fallback/payload -c lzma -l 0x1110000 -e 0x1110015
+  -f u-boot-dtb.bin -n fallback/payload -c lzma -l 0x1110000 -e 0x1110000
 
-Make sure 0x1110000 matches CONFIG_SYS_TEXT_BASE and 0x1110015 matches the
-symbol address of _start (in arch/x86/cpu/start.S).
+Make sure 0x1110000 matches CONFIG_SYS_TEXT_BASE, which is the symbol address
+of _x86boot_start (in arch/x86/cpu/start.S).
 
 If you want to use ELF as the coreboot payload, change U-Boot configuration to
 use CONFIG_OF_EMBED instead of CONFIG_OF_SEPARATE.
@@ -252,8 +380,8 @@ At present it seems that for Minnowboard Max, coreboot does not pass through
 the video information correctly (it always says the resolution is 0x0). This
 works correctly for link though.
 
-Test with QEMU
---------------
+Test with QEMU for bare mode
+----------------------------
 QEMU is a fancy emulator that can enable us to test U-Boot without access to
 a real x86 board. Please make sure your QEMU version is 2.3.0 or above test
 U-Boot. To launch QEMU with u-boot.rom, call QEMU as follows:
@@ -282,9 +410,37 @@ show QEMU's VGA console window. Note this will disable QEMU's serial output.
 If you want to check both consoles, use '-serial stdio'.
 
 Multicore is also supported by QEMU via '-smp n' where n is the number of cores
-to instantiate. Currently the default U-Boot built for QEMU supports 2 cores.
-In order to support more cores, you need add additional cpu nodes in the device
-tree and change CONFIG_MAX_CPUS accordingly.
+to instantiate. Note, the maximum supported CPU number in QEMU is 255.
+
+The fw_cfg interface in QEMU also provides information about kernel data, initrd,
+command-line arguments and more. U-Boot supports directly accessing these informtion
+from fw_cfg interface, this saves the time of loading them from hard disk or
+network again, through emulated devices. To use it , simply providing them in
+QEMU command line:
+
+$ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom -m 1024 -kernel /path/to/bzImage
+    -append 'root=/dev/ram console=ttyS0' -initrd /path/to/initrd -smp 8
+
+Note: -initrd and -smp are both optional
+
+Then start QEMU, in U-Boot command line use the following U-Boot command to setup kernel:
+
+ => qfw
+qfw - QEMU firmware interface
+
+Usage:
+qfw <command>
+    - list                             : print firmware(s) currently loaded
+    - cpus                             : print online cpu number
+    - load <kernel addr> <initrd addr> : load kernel and initrd (if any) and setup for zboot
+
+=> qfw load
+loading kernel to address 01000000 size 5d9d30 initrd 04000000 size 1b1ab50
+
+Here the kernel (bzImage) is loaded to 01000000 and initrd is to 04000000. Then, 'zboot'
+can be used to boot the kernel:
+
+=> zboot 02000000 - 04000000 1b1ab50
 
 CPU Microcode
 -------------
@@ -305,7 +461,8 @@ options GENERATE_SFI_TABLE and GENERATE_MP_TABLE.
 
 Driver Model
 ------------
-x86 has been converted to use driver model for serial and GPIO.
+x86 has been converted to use driver model for serial, GPIO, SPI, SPI flash,
+keyboard, real-time clock, USB. Video is in progress.
 
 Device Tree
 -----------
@@ -320,9 +477,8 @@ In keeping with the U-Boot philosophy of providing functions to check and
 adjust internal settings, there are several x86-specific commands that may be
 useful:
 
-hob  - Display information about Firmware Support Package (FSP) Hand-off
-        Block. This is only available on platforms which use FSP, mostly
-        Atom.
+fsp  - Display information about Intel Firmware Support Package (FSP).
+        This is only available on platforms which use FSP, mostly Atom.
 iod  - Display I/O memory
 iow  - Write I/O memory
 mtrr - List and set the Memory Type Range Registers (MTRR). These are used to
@@ -604,6 +760,58 @@ environment variables if you add this to minnowmax.h:
 #undef CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
 #define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS "boot=zboot 03000000 0 04000000 ${filesize}"
 
+Test with SeaBIOS
+-----------------
+SeaBIOS [14] is an open source implementation of a 16-bit x86 BIOS. It can run
+in an emulator or natively on x86 hardware with the use of U-Boot. With its
+help, we can boot some OSes that require 16-bit BIOS services like Windows/DOS.
+
+As U-Boot, we have to manually create a table where SeaBIOS gets various system
+information (eg: E820) from. The table unfortunately has to follow the coreboot
+table format as SeaBIOS currently supports booting as a coreboot payload.
+
+To support loading SeaBIOS, U-Boot should be built with CONFIG_SEABIOS on.
+Booting SeaBIOS is done via U-Boot's bootelf command, like below:
+
+   => tftp bios.bin.elf;bootelf
+   Using e1000#0 device
+   TFTP from server 10.10.0.100; our IP address is 10.10.0.108
+   ...
+   Bytes transferred = 122124 (1dd0c hex)
+   ## Starting application at 0x000ff06e ...
+   SeaBIOS (version rel-1.9.0)
+   ...
+
+bios.bin.elf is the SeaBIOS image built from SeaBIOS source tree.
+Make sure it is built as follows:
+
+   $ make menuconfig
+
+Inside the "General Features" menu, select "Build for coreboot" as the
+"Build Target". Inside the "Debugging" menu, turn on "Serial port debugging"
+so that we can see something as soon as SeaBIOS boots. Leave other options
+as in their default state. Then,
+
+   $ make
+   ...
+   Total size: 121888  Fixed: 66496  Free: 9184 (used 93.0% of 128KiB rom)
+   Creating out/bios.bin.elf
+
+Currently this is tested on QEMU x86 target with U-Boot chain-loading SeaBIOS
+to install/boot a Windows XP OS (below for example command to install Windows).
+
+   # Create a 10G disk.img as the virtual hard disk
+   $ qemu-img create -f qcow2 disk.img 10G
+
+   # Install a Windows XP OS from an ISO image 'winxp.iso'
+   $ qemu-system-i386 -serial stdio -bios u-boot.rom -hda disk.img -cdrom winxp.iso -smp 2 -m 512
+
+   # Boot a Windows XP OS installed on the virutal hard disk
+   $ qemu-system-i386 -serial stdio -bios u-boot.rom -hda disk.img -smp 2 -m 512
+
+This is also tested on Intel Crown Bay board with a PCIe graphics card, booting
+SeaBIOS then chain-loading a GRUB on a USB drive, then Linux kernel finally.
+
 
 Development Flow
 ----------------
@@ -644,13 +852,13 @@ Use the device tree for configuration where possible.
 For the microcode you can create a suitable device tree file using the
 microcode tool:
 
-  ./tools/microcode-tool -d microcode.dat create <model>
+  ./tools/microcode-tool -d microcode.dat -m <model> create
 
 or if you only have header files and not the full Intel microcode.dat database:
 
   ./tools/microcode-tool -H BAY_TRAIL_FSP_KIT/Microcode/M0130673322.h \
        -H BAY_TRAIL_FSP_KIT/Microcode/M0130679901.h \
-       create all
+       -m all create
 
 These are written to arch/x86/dts/microcode/ by default.
 
@@ -666,7 +874,95 @@ the board, then you can use post_code() calls from C or assembler to monitor
 boot progress. This can be good for debugging.
 
 If not, you can try to get serial working as early as possible. The early
-debug serial port may be useful here. See setup_early_uart() for an example.
+debug serial port may be useful here. See setup_internal_uart() for an example.
+
+During the U-Boot porting, one of the important steps is to write correct PIRQ
+routing information in the board device tree. Without it, device drivers in the
+Linux kernel won't function correctly due to interrupt is not working. Please
+refer to U-Boot doc [15] for the device tree bindings of Intel interrupt router.
+Here we have more details on the intel,pirq-routing property below.
+
+       intel,pirq-routing = <
+               PCI_BDF(0, 2, 0) INTA PIRQA
+               ...
+       >;
+
+As you see each entry has 3 cells. For the first one, we need describe all pci
+devices mounted on the board. For SoC devices, normally there is a chapter on
+the chipset datasheet which lists all the available PCI devices. For example on
+Bay Trail, this is chapter 4.3 (PCI configuration space). For the second one, we
+can get the interrupt pin either from datasheet or hardware via U-Boot shell.
+The reliable source is the hardware as sometimes chipset datasheet is not 100%
+up-to-date. Type 'pci header' plus the device's pci bus/device/function number
+from U-Boot shell below.
+
+  => pci header 0.1e.1
+    vendor ID =                        0x8086
+    device ID =                        0x0f08
+    ...
+    interrupt line =           0x09
+    interrupt pin =            0x04
+    ...
+
+It shows this PCI device is using INTD pin as it reports 4 in the interrupt pin
+register. Repeat this until you get interrupt pins for all the devices. The last
+cell is the PIRQ line which a particular interrupt pin is mapped to. On Intel
+chipset, the power-up default mapping is INTA/B/C/D maps to PIRQA/B/C/D. This
+can be changed by registers in LPC bridge. So far Intel FSP does not touch those
+registers so we can write down the PIRQ according to the default mapping rule.
+
+Once we get the PIRQ routing information in the device tree, the interrupt
+allocation and assignment will be done by U-Boot automatically. Now you can
+enable CONFIG_GENERATE_PIRQ_TABLE for testing Linux kernel using i8259 PIC and
+CONFIG_GENERATE_MP_TABLE for testing Linux kernel using local APIC and I/O APIC.
+
+This script might be useful. If you feed it the output of 'pci long' from
+U-Boot then it will generate a device tree fragment with the interrupt
+configuration for each device (note it needs gawk 4.0.0):
+
+   $ cat console_output |awk '/PCI/ {device=$4} /interrupt line/ {line=$4} \
+       /interrupt pin/ {pin = $4; if (pin != "0x00" && pin != "0xff") \
+       {patsplit(device, bdf, "[0-9a-f]+"); \
+       printf "PCI_BDF(%d, %d, %d) INT%c PIRQ%c\n", strtonum("0x" bdf[1]), \
+       strtonum("0x" bdf[2]), bdf[3], strtonum(pin) + 64, 64 + strtonum(pin)}}'
+
+Example output:
+   PCI_BDF(0, 2, 0) INTA PIRQA
+   PCI_BDF(0, 3, 0) INTA PIRQA
+...
+
+Porting Hints
+-------------
+
+Quark-specific considerations:
+
+To port U-Boot to other boards based on the Intel Quark SoC, a few things need
+to be taken care of. The first important part is the Memory Reference Code (MRC)
+parameters. Quark MRC supports memory-down configuration only. All these MRC
+parameters are supplied via the board device tree. To get started, first copy
+the MRC section of arch/x86/dts/galileo.dts to your board's device tree, then
+change these values by consulting board manuals or your hardware vendor.
+Available MRC parameter values are listed in include/dt-bindings/mrc/quark.h.
+The other tricky part is with PCIe. Quark SoC integrates two PCIe root ports,
+but by default they are held in reset after power on. In U-Boot, PCIe
+initialization is properly handled as per Quark's firmware writer guide.
+In your board support codes, you need provide two routines to aid PCIe
+initialization, which are board_assert_perst() and board_deassert_perst().
+The two routines need implement a board-specific mechanism to assert/deassert
+PCIe PERST# pin. Care must be taken that in those routines that any APIs that
+may trigger PCI enumeration process are strictly forbidden, as any access to
+PCIe root port's configuration registers will cause system hang while it is
+held in reset. For more details, check how they are implemented by the Intel
+Galileo board support codes in board/intel/galileo/galileo.c.
+
+coreboot:
+
+See scripts/coreboot.sed which can assist with porting coreboot code into
+U-Boot drivers. It will not resolve all build errors, but will perform common
+transformations. Remember to add attribution to coreboot for new files added
+to U-Boot. This should go at the top of each file and list the coreboot
+filename where the code originated.
+
 
 TODO List
 ---------
@@ -689,3 +985,5 @@ References
 [11] https://en.wikipedia.org/wiki/GUID_Partition_Table
 [12] http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/chromeos_and_diy_vboot_0.pdf
 [13] http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/elce-2014.pdf
+[14] http://www.seabios.org/SeaBIOS
+[15] doc/device-tree-bindings/misc/intel,irq-router.txt