Merge https://gitlab.denx.de/u-boot/custodians/u-boot-marvell
[oweals/u-boot.git] / board / sandbox / README.sandbox
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+ */
2 /*
3  * Copyright (c) 2014 The Chromium OS Authors.
4  */
5
6 Native Execution of U-Boot
7 ==========================
8
9 The 'sandbox' architecture is designed to allow U-Boot to run under Linux on
10 almost any hardware. To achieve this it builds U-Boot (so far as possible)
11 as a normal C application with a main() and normal C libraries.
12
13 All of U-Boot's architecture-specific code therefore cannot be built as part
14 of the sandbox U-Boot. The purpose of running U-Boot under Linux is to test
15 all the generic code, not specific to any one architecture. The idea is to
16 create unit tests which we can run to test this upper level code.
17
18 CONFIG_SANDBOX is defined when building a native board.
19
20 The board name is 'sandbox' but the vendor name is unset, so there is a
21 single board in board/sandbox.
22
23 CONFIG_SANDBOX_BIG_ENDIAN should be defined when running on big-endian
24 machines.
25
26 There are two versions of the sandbox: One using 32-bit-wide integers, and one
27 using 64-bit-wide integers. The 32-bit version can be build and run on either
28 32 or 64-bit hosts by either selecting or deselecting CONFIG_SANDBOX_32BIT; by
29 default, the sandbox it built for a 32-bit host. The sandbox using 64-bit-wide
30 integers can only be built on 64-bit hosts.
31
32 Note that standalone/API support is not available at present.
33
34
35 Basic Operation
36 ---------------
37
38 To run sandbox U-Boot use something like:
39
40    make sandbox_defconfig all
41    ./u-boot
42
43 Note:
44    If you get errors about 'sdl-config: Command not found' you may need to
45    install libsdl1.2-dev or similar to get SDL support. Alternatively you can
46    build sandbox without SDL (i.e. no display/keyboard support) by removing
47    the CONFIG_SANDBOX_SDL line in include/configs/sandbox.h or using:
48
49       make sandbox_defconfig all NO_SDL=1
50       ./u-boot
51
52 U-Boot will start on your computer, showing a sandbox emulation of the serial
53 console:
54
55
56 U-Boot 2014.04 (Mar 20 2014 - 19:06:00)
57
58 DRAM:  128 MiB
59 Using default environment
60
61 In:    serial
62 Out:   lcd
63 Err:   lcd
64 =>
65
66 You can issue commands as your would normally. If the command you want is
67 not supported you can add it to include/configs/sandbox.h.
68
69 To exit, type 'reset' or press Ctrl-C.
70
71
72 Console / LCD support
73 ---------------------
74
75 Assuming that CONFIG_SANDBOX_SDL is defined when building, you can run the
76 sandbox with LCD and keyboard emulation, using something like:
77
78    ./u-boot -d u-boot.dtb -l
79
80 This will start U-Boot with a window showing the contents of the LCD. If
81 that window has the focus then you will be able to type commands as you
82 would on the console. You can adjust the display settings in the device
83 tree file - see arch/sandbox/dts/sandbox.dts.
84
85
86 Command-line Options
87 --------------------
88
89 Various options are available, mostly for test purposes. Use -h to see
90 available options. Some of these are described below.
91
92 The terminal is normally in what is called 'raw-with-sigs' mode. This means
93 that you can use arrow keys for command editing and history, but if you
94 press Ctrl-C, U-Boot will exit instead of handling this as a keypress.
95
96 Other options are 'raw' (so Ctrl-C is handled within U-Boot) and 'cooked'
97 (where the terminal is in cooked mode and cursor keys will not work, Ctrl-C
98 will exit).
99
100 As mentioned above, -l causes the LCD emulation window to be shown.
101
102 A device tree binary file can be provided with -d. If you edit the source
103 (it is stored at arch/sandbox/dts/sandbox.dts) you must rebuild U-Boot to
104 recreate the binary file.
105
106 To execute commands directly, use the -c option. You can specify a single
107 command, or multiple commands separated by a semicolon, as is normal in
108 U-Boot. Be careful with quoting as the shell will normally process and
109 swallow quotes. When -c is used, U-Boot exits after the command is complete,
110 but you can force it to go to interactive mode instead with -i.
111
112
113 Memory Emulation
114 ----------------
115
116 Memory emulation is supported, with the size set by CONFIG_SYS_SDRAM_SIZE.
117 The -m option can be used to read memory from a file on start-up and write
118 it when shutting down. This allows preserving of memory contents across
119 test runs. You can tell U-Boot to remove the memory file after it is read
120 (on start-up) with the --rm_memory option.
121
122 To access U-Boot's emulated memory within the code, use map_sysmem(). This
123 function is used throughout U-Boot to ensure that emulated memory is used
124 rather than the U-Boot application memory. This provides memory starting
125 at 0 and extending to the size of the emulation.
126
127
128 Storing State
129 -------------
130
131 With sandbox you can write drivers which emulate the operation of drivers on
132 real devices. Some of these drivers may want to record state which is
133 preserved across U-Boot runs. This is particularly useful for testing. For
134 example, the contents of a SPI flash chip should not disappear just because
135 U-Boot exits.
136
137 State is stored in a device tree file in a simple format which is driver-
138 specific. You then use the -s option to specify the state file. Use -r to
139 make U-Boot read the state on start-up (otherwise it starts empty) and -w
140 to write it on exit (otherwise the stored state is left unchanged and any
141 changes U-Boot made will be lost). You can also use -n to tell U-Boot to
142 ignore any problems with missing state. This is useful when first running
143 since the state file will be empty.
144
145 The device tree file has one node for each driver - the driver can store
146 whatever properties it likes in there. See 'Writing Sandbox Drivers' below
147 for more details on how to get drivers to read and write their state.
148
149
150 Running and Booting
151 -------------------
152
153 Since there is no machine architecture, sandbox U-Boot cannot actually boot
154 a kernel, but it does support the bootm command. Filesystems, memory
155 commands, hashing, FIT images, verified boot and many other features are
156 supported.
157
158 When 'bootm' runs a kernel, sandbox will exit, as U-Boot does on a real
159 machine. Of course in this case, no kernel is run.
160
161 It is also possible to tell U-Boot that it has jumped from a temporary
162 previous U-Boot binary, with the -j option. That binary is automatically
163 removed by the U-Boot that gets the -j option. This allows you to write
164 tests which emulate the action of chain-loading U-Boot, typically used in
165 a situation where a second 'updatable' U-Boot is stored on your board. It
166 is very risky to overwrite or upgrade the only U-Boot on a board, since a
167 power or other failure will brick the board and require return to the
168 manufacturer in the case of a consumer device.
169
170
171 Supported Drivers
172 -----------------
173
174 U-Boot sandbox supports these emulations:
175
176 - Block devices
177 - Chrome OS EC
178 - GPIO
179 - Host filesystem (access files on the host from within U-Boot)
180 - I2C
181 - Keyboard (Chrome OS)
182 - LCD
183 - Network
184 - Serial (for console only)
185 - Sound (incomplete - see sandbox_sdl_sound_init() for details)
186 - SPI
187 - SPI flash
188 - TPM (Trusted Platform Module)
189
190 A wide range of commands are implemented. Filesystems which use a block
191 device are supported.
192
193 Also sandbox supports driver model (CONFIG_DM) and associated commands.
194
195
196 Sandbox Variants
197 ----------------
198
199 There are unfortunately quite a few variants at present:
200
201 sandbox - should be used for most tests
202 sandbox64 - special build that forces a 64-bit host
203 sandbox_flattree - builds with dev_read_...() functions defined as inline.
204     We need this build so that we can test those inline functions, and we
205     cannot build with both the inline functions and the non-inline functions
206     since they are named the same.
207 sandbox_noblk - builds without CONFIG_BLK, which means the legacy block
208     drivers are used. We cannot use both the legacy and driver-model block
209     drivers since they implement the same functions
210 sandbox_spl - builds sandbox with SPL support, so you can run spl/u-boot-spl
211     and it will start up and then load ./u-boot. It is also possible to
212     run ./u-boot directly.
213
214 Of these sandbox_noblk can be removed once CONFIG_BLK is used everwhere, and
215 sandbox_spl can probably be removed since it is a superset of sandbox.
216
217 Most of the config options should be identical between these variants.
218
219
220 Linux RAW Networking Bridge
221 ---------------------------
222
223 The sandbox_eth_raw driver bridges traffic between the bottom of the network
224 stack and the RAW sockets API in Linux. This allows much of the U-Boot network
225 functionality to be tested in sandbox against real network traffic.
226
227 For Ethernet network adapters, the bridge utilizes the RAW AF_PACKET API.  This
228 is needed to get access to the lowest level of the network stack in Linux. This
229 means that all of the Ethernet frame is included. This allows the U-Boot network
230 stack to be fully used. In other words, nothing about the Linux network stack is
231 involved in forming the packets that end up on the wire. To receive the
232 responses to packets sent from U-Boot the network interface has to be set to
233 promiscuous mode so that the network card won't filter out packets not destined
234 for its configured (on Linux) MAC address.
235
236 The RAW sockets Ethernet API requires elevated privileges in Linux. You can
237 either run as root, or you can add the capability needed like so:
238
239 sudo /sbin/setcap "CAP_NET_RAW+ep" /path/to/u-boot
240
241 The default device tree for sandbox includes an entry for eth0 on the sandbox
242 host machine whose alias is "eth1". The following are a few examples of network
243 operations being tested on the eth0 interface.
244
245 sudo /path/to/u-boot -D
246
247 DHCP
248 ....
249
250 setenv autoload no
251 setenv ethrotate no
252 setenv ethact eth1
253 dhcp
254
255 PING
256 ....
257
258 setenv autoload no
259 setenv ethrotate no
260 setenv ethact eth1
261 dhcp
262 ping $gatewayip
263
264 TFTP
265 ....
266
267 setenv autoload no
268 setenv ethrotate no
269 setenv ethact eth1
270 dhcp
271 setenv serverip WWW.XXX.YYY.ZZZ
272 tftpboot u-boot.bin
273
274 The bridge also supports (to a lesser extent) the localhost interface, 'lo'.
275
276 The 'lo' interface cannot use the RAW AF_PACKET API because the lo interface
277 doesn't support Ethernet-level traffic. It is a higher-level interface that is
278 expected only to be used at the AF_INET level of the API. As such, the most raw
279 we can get on that interface is the RAW AF_INET API on UDP. This allows us to
280 set the IP_HDRINCL option to include everything except the Ethernet header in
281 the packets we send and receive.
282
283 Because only UDP is supported, ICMP traffic will not work, so expect that ping
284 commands will time out.
285
286 The default device tree for sandbox includes an entry for lo on the sandbox
287 host machine whose alias is "eth5". The following is an example of a network
288 operation being tested on the lo interface.
289
290 TFTP
291 ....
292
293 setenv ethrotate no
294 setenv ethact eth5
295 tftpboot u-boot.bin
296
297
298 SPI Emulation
299 -------------
300
301 Sandbox supports SPI and SPI flash emulation.
302
303 This is controlled by the spi_sf argument, the format of which is:
304
305    bus:cs:device:file
306
307    bus    - SPI bus number
308    cs     - SPI chip select number
309    device - SPI device emulation name
310    file   - File on disk containing the data
311
312 For example:
313
314  dd if=/dev/zero of=spi.bin bs=1M count=4
315  ./u-boot --spi_sf 0:0:M25P16:spi.bin
316
317 With this setup you can issue SPI flash commands as normal:
318
319 =>sf probe
320 SF: Detected M25P16 with page size 64 KiB, total 2 MiB
321 =>sf read 0 0 10000
322 SF: 65536 bytes @ 0x0 Read: OK
323 =>
324
325 Since this is a full SPI emulation (rather than just flash), you can
326 also use low-level SPI commands:
327
328 =>sspi 0:0 32 9f
329 FF202015
330
331 This is issuing a READ_ID command and getting back 20 (ST Micro) part
332 0x2015 (the M25P16).
333
334 Drivers are connected to a particular bus/cs using sandbox's state
335 structure (see the 'spi' member). A set of operations must be provided
336 for each driver.
337
338
339 Configuration settings for the curious are:
340
341 CONFIG_SANDBOX_SPI_MAX_BUS
342         The maximum number of SPI buses supported by the driver (default 1).
343
344 CONFIG_SANDBOX_SPI_MAX_CS
345         The maximum number of chip selects supported by the driver
346         (default 10).
347
348 CONFIG_SPI_IDLE_VAL
349         The idle value on the SPI bus
350
351
352 Block Device Emulation
353 ----------------------
354
355 U-Boot can use raw disk images for block device emulation. To e.g. list
356 the contents of the root directory on the second partion of the image
357 "disk.raw", you can use the following commands:
358
359 =>host bind 0 ./disk.raw
360 =>ls host 0:2
361
362 A disk image can be created using the following commands:
363
364 $> truncate -s 1200M ./disk.raw
365 $> echo -e "label: gpt\n,64M,U\n,,L" | /usr/sbin/sgdisk  ./disk.raw
366 $> lodev=`sudo losetup -P -f --show ./disk.raw`
367 $> sudo mkfs.vfat -n EFI -v ${lodev}p1
368 $> sudo mkfs.ext4 -L ROOT -v ${lodev}p2
369
370 or utilize the device described in test/py/make_test_disk.py:
371
372    #!/usr/bin/python
373    import make_test_disk
374    make_test_disk.makeDisk()
375
376 Writing Sandbox Drivers
377 -----------------------
378
379 Generally you should put your driver in a file containing the word 'sandbox'
380 and put it in the same directory as other drivers of its type. You can then
381 implement the same hooks as the other drivers.
382
383 To access U-Boot's emulated memory, use map_sysmem() as mentioned above.
384
385 If your driver needs to store configuration or state (such as SPI flash
386 contents or emulated chip registers), you can use the device tree as
387 described above. Define handlers for this with the SANDBOX_STATE_IO macro.
388 See arch/sandbox/include/asm/state.h for documentation. In short you provide
389 a node name, compatible string and functions to read and write the state.
390 Since writing the state can expand the device tree, you may need to use
391 state_setprop() which does this automatically and avoids running out of
392 space. See existing code for examples.
393
394
395 Debugging the init sequence
396 ---------------------------
397
398 If you get a failure in the initcall sequence, like this:
399
400    initcall sequence 0000560775957c80 failed at call 0000000000048134 (err=-96)
401
402 Then you use can use grep to see which init call failed, e.g.:
403
404    $ grep 0000000000048134 u-boot.map
405    stdio_add_devices
406
407 Of course another option is to run it with a debugger such as gdb:
408
409    $ gdb u-boot
410    ...
411    (gdb) br initcall.h:41
412    Breakpoint 1 at 0x4db9d: initcall.h:41. (2 locations)
413
414 Note that two locations are reported, since this function is used in both
415 board_init_f() and board_init_r().
416
417    (gdb) r
418    Starting program: /tmp/b/sandbox/u-boot
419    [Thread debugging using libthread_db enabled]
420    Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
421
422    U-Boot 2018.09-00264-ge0c2ba9814-dirty (Sep 22 2018 - 12:21:46 -0600)
423
424    DRAM:  128 MiB
425    MMC:
426
427    Breakpoint 1, initcall_run_list (init_sequence=0x5555559619e0 <init_sequence_f>)
428        at /scratch/sglass/cosarm/src/third_party/u-boot/files/include/initcall.h:41
429    41                              printf("initcall sequence %p failed at call %p (err=%d)\n",
430    (gdb) print *init_fnc_ptr
431    $1 = (const init_fnc_t) 0x55555559c114 <stdio_add_devices>
432    (gdb)
433
434
435 This approach can be used on normal boards as well as sandbox.
436
437
438 Testing
439 -------
440
441 U-Boot sandbox can be used to run various tests, mostly in the test/
442 directory. These include:
443
444   command_ut
445      - Unit tests for command parsing and handling
446   compression
447      - Unit tests for U-Boot's compression algorithms, useful for
448        security checking. It supports gzip, bzip2, lzma and lzo.
449   driver model
450      - Run this pytest
451           ./test/py/test.py --bd sandbox --build -k ut_dm -v
452   image
453      - Unit tests for images:
454           test/image/test-imagetools.sh - multi-file images
455           test/image/test-fit.py        - FIT images
456   tracing
457      - test/trace/test-trace.sh tests the tracing system (see README.trace)
458   verified boot
459       - See test/vboot/vboot_test.sh for this
460
461 If you change or enhance any of the above subsystems, you shold write or
462 expand a test and include it with your patch series submission. Test
463 coverage in U-Boot is limited, as we need to work to improve it.
464
465 Note that many of these tests are implemented as commands which you can
466 run natively on your board if desired (and enabled).
467
468 To run all tests use "make check".
469
470
471 Memory Map
472 ----------
473
474 Sandbox has its own emulated memory starting at 0. Here are some of the things
475 that are mapped into that memory:
476
477       0   CONFIG_SYS_FDT_LOAD_ADDR   Device tree
478    e000   CONFIG_BLOBLIST_ADDR       Blob list
479   10000   CONFIG_MALLOC_F_ADDR       Early memory allocation
480   f0000   CONFIG_PRE_CON_BUF_ADDR    Pre-console buffer
481  100000   CONFIG_TRACE_EARLY_ADDR    Early trace buffer (if enabled)
482 =
483
484
485 --
486 Simon Glass <sjg@chromium.org>
487 Updated 22-Mar-14