efi: Add support for loading U-Boot through an EFI stub
authorSimon Glass <sjg@chromium.org>
Tue, 4 Aug 2015 18:33:52 +0000 (12:33 -0600)
committerSimon Glass <sjg@chromium.org>
Wed, 5 Aug 2015 14:44:06 +0000 (08:44 -0600)
It is useful to be able to load U-Boot onto a board even if is it already
running EFI. This can allow access to the U-Boot command interface, flexible
booting options and easier development.

The easiest way to do this is to build U-Boot as a binary blob and have an
EFI stub copy it into RAM. Add support for this feature, targeting 32-bit
initially.

Also add a way to detect when U-Boot has been loaded via a stub. This goes
in common.h since it needs to be widely available so that we avoid redoing
initialisation that should be skipped.

Signed-off-by: Simon Glass <sjg@chromium.org>
Improvements to how the payload is built:
Signed-off-by: Bin Meng <bmeng.cn@gmail.com>
Reviewed-by: Bin Meng <bmeng.cn@gmail.com>
Tested-by: Bin Meng <bmeng.cn@gmail.com>
Makefile
arch/x86/config.mk
include/common.h
include/efi.h
lib/efi/Kconfig
lib/efi/Makefile
lib/efi/efi_stub.c [new file with mode: 0644]

index 620c18f1e7ef8571a66db0ee39d3330e02c288ad..752ee0dbeaac6c7f7879883e98ea15cd8378562d 100644 (file)
--- a/Makefile
+++ b/Makefile
@@ -755,6 +755,7 @@ ALL-$(CONFIG_SPL) += $(CONFIG_SPL_TARGET:"%"=%)
 endif
 ALL-$(CONFIG_REMAKE_ELF) += u-boot.elf
 ALL-$(CONFIG_EFI_APP) += u-boot-app.efi
+ALL-$(CONFIG_EFI_STUB) += u-boot-payload.efi
 
 ifneq ($(BUILD_ROM),)
 ALL-$(CONFIG_X86_RESET_VECTOR) += u-boot.rom
@@ -790,6 +791,9 @@ cmd_objcopy = $(OBJCOPY) --gap-fill=0xff $(OBJCOPYFLAGS) \
 quiet_cmd_zobjcopy = OBJCOPY $@
 cmd_zobjcopy = $(OBJCOPY) $(OBJCOPYFLAGS) $(OBJCOPYFLAGS_$(@F)) $< $@
 
+quiet_cmd_efipayload = OBJCOPY $@
+cmd_efipayload = $(OBJCOPY) -I binary -O $(EFIPAYLOAD_BFDTARGET) -B $(EFIPAYLOAD_BFDARCH) $< $@
+
 quiet_cmd_mkimage = MKIMAGE $@
 cmd_mkimage = $(objtree)/tools/mkimage $(MKIMAGEFLAGS_$(@F)) -d $< $@ \
        $(if $(KBUILD_VERBOSE:1=), >/dev/null)
@@ -1087,6 +1091,26 @@ OBJCOPYFLAGS_u-boot-app.efi := $(OBJCOPYFLAGS_EFI)
 u-boot-app.efi: u-boot FORCE
        $(call if_changed,zobjcopy)
 
+u-boot-dtb.bin.o: u-boot-dtb.bin FORCE
+       $(call if_changed,efipayload)
+
+u-boot-payload.lds: $(LDSCRIPT_EFI) FORCE
+       $(call if_changed_dep,cpp_lds)
+
+# Rule to link the EFI payload which contains a stub and a U-Boot binary
+quiet_cmd_u-boot_payload ?= LD      $@
+      cmd_u-boot_payload ?= $(LD) $(LDFLAGS_EFI_PAYLOAD) -o $@ \
+      -T u-boot-payload.lds \
+      lib/efi/efi.o lib/efi/efi_stub.o u-boot-dtb.bin.o \
+      $(addprefix arch/$(ARCH)/lib/efi/,$(EFISTUB))
+
+u-boot-payload: u-boot-dtb.bin.o u-boot-payload.lds FORCE
+       $(call if_changed,u-boot_payload)
+
+OBJCOPYFLAGS_u-boot-payload.efi := $(OBJCOPYFLAGS_EFI)
+u-boot-payload.efi: u-boot-payload FORCE
+       $(call if_changed,zobjcopy)
+
 u-boot-img.bin: spl/u-boot-spl.bin u-boot.img FORCE
        $(call if_changed,cat)
 
index e27f84abdad8651dd39437a238139ef36359f4d4..334c10b882d156751475f70eef9fd4b5ad201881 100644 (file)
@@ -24,6 +24,10 @@ PLATFORM_LDFLAGS += -Bsymbolic -Bsymbolic-functions -m elf_i386
 LDFLAGS_FINAL += --wrap=__divdi3 --wrap=__udivdi3
 LDFLAGS_FINAL += --wrap=__moddi3 --wrap=__umoddi3
 
+# This is used in the top-level Makefile which does not include
+# PLATFORM_LDFLAGS
+LDFLAGS_EFI_PAYLOAD := -Bsymbolic -Bsymbolic-functions -shared --no-undefined
+
 OBJCOPYFLAGS_EFI := -j .text -j .sdata -j .data -j .dynamic -j .dynsym \
        -j .rel -j .rela -j .reloc
 
@@ -31,6 +35,9 @@ CFLAGS_NON_EFI := -mregparm=3
 CFLAGS_EFI := -fpic -fshort-wchar
 
 EFIARCH = ia32
+EFIPAYLOAD_BFDTARGET = elf32-i386
+
+EFIPAYLOAD_BFDARCH = i386
 
 LDSCRIPT_EFI := $(srctree)/$(CPUDIR)/efi/elf_$(EFIARCH)_efi.lds
 OBJCOPYFLAGS_EFI += --target=efi-app-$(EFIARCH)
index 4566bd11111c97061856a4386e883fa53f784bab..fcc9ae7c21cf5b2ff5e2e57264bfa908f739fc99 100644 (file)
@@ -1021,6 +1021,13 @@ int cpu_release(int nr, int argc, char * const argv[]);
        offsetof(struct structure, member) == offset, \
        "`struct " #structure "` offset for `" #member "` is not " #offset)
 
+/* Avoid using CONFIG_EFI_STUB directly as we may boot from other loaders */
+#ifdef CONFIG_EFI_STUB
+#define ll_boot_init() false
+#else
+#define ll_boot_init() true
+#endif
+
 /* Pull in stuff for the build system */
 #ifdef DO_DEPS_ONLY
 # include <environment.h>
index f0097017b3ccac06972c4deb3eb98d58b01ed5d4..1470c0825c4b6f394b5b48cdf42f33acddc95a44 100644 (file)
@@ -268,11 +268,15 @@ struct efi_priv {
 /* Base address of the EFI image */
 extern char image_base[];
 
+/* Start and end of U-Boot image (for payload) */
+extern char _binary_u_boot_dtb_bin_start[], _binary_u_boot_dtb_bin_end[];
+
 /**
  * efi_get_sys_table() - Get access to the main EFI system table
  *
  * @return pointer to EFI system table
  */
+
 struct efi_system_table *efi_get_sys_table(void);
 
 /**
index b23ba5b50412f9df907fdf9826e4bdef24696de3..919e314a0ced96caafbe2a1e995873a173d4efda 100644 (file)
@@ -20,6 +20,11 @@ config EFI_APP
          command prompt and memory and I/O functions. Use 'reset' to return
          to EFI.
 
+config EFI_STUB
+       bool "Support running as an EFI payload"
+
+endchoice
+
 config EFI_RAM_SIZE
        hex "Amount of EFI RAM for U-Boot"
        depends on EFI_APP
@@ -30,4 +35,20 @@ config EFI_RAM_SIZE
          other smaller amounts) and it can never be increased after that.
          It is used as the RAM size in with U-Boot.
 
+choice
+       prompt "EFI 32/64-bit selection"
+       depends on EFI_STUB
+       help
+         EFI does not support mixing 32-bit and 64-bit modes. This is a
+         significant problem because it means that you must build a stub with
+         the correct type for EFI to load it correctly. If you are using
+         32-bit EFI, select 32-bit here, else select 64-bit. Failure to do
+         this may produce no error message - it just won't start!
+
+config EFI_STUB_32BIT
+       bool "Produce a stub for running with 32-bit EFI"
+
+config EFI_STUB_64BIT
+       bool "Produce a stub for running with 64-bit EFI"
+
 endchoice
index 5ee344c7d6d6a7fc60c6e2efd48d1edd1d53e004..4bc67f01f95319e32e08b3062a95a9f0cd02f761 100644 (file)
@@ -5,3 +5,12 @@
 #
 
 obj-$(CONFIG_EFI_APP) += efi_app.o efi.o
+
+CFLAGS_REMOVE_efi_stub.o := -mregparm=3 \
+       $(if $(CONFIG_EFI_STUB_64BIT),-march=i386 -m32)
+CFLAGS_efi_stub.o := -fpic -fshort-wchar
+CFLAGS_REMOVE_efi.o := -mregparm=3 \
+       $(if $(CONFIG_EFI_STUB_64BIT),-march=i386 -m32)
+CFLAGS_efi.o := -fpic -fshort-wchar
+
+extra-$(CONFIG_EFI_STUB) += efi_stub.o efi.o
diff --git a/lib/efi/efi_stub.c b/lib/efi/efi_stub.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..1e46f6e
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,304 @@
+/*
+ * Copyright (c) 2015 Google, Inc
+ *
+ * SPDX-License-Identifier:    GPL-2.0+
+ *
+ * EFI information obtained here:
+ * http://wiki.phoenix.com/wiki/index.php/EFI_BOOT_SERVICES
+ *
+ * Loads a payload (U-Boot) within the EFI environment. This is built as a
+ * 32-bit EFI application.
+ */
+
+#include <common.h>
+#include <debug_uart.h>
+#include <efi.h>
+#include <efi_api.h>
+#include <errno.h>
+#include <ns16550.h>
+#include <asm/cpu.h>
+#include <asm/io.h>
+#include <linux/err.h>
+#include <linux/types.h>
+
+DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
+
+#ifndef CONFIG_X86
+/*
+ * Problem areas:
+ * - putc() uses the ns16550 address directly and assumed I/O access. Many
+ *     platforms will use memory access
+ * get_codeseg32() is only meaningful on x86
+ */
+#error "This file needs to be ported for use on architectures"
+#endif
+
+static struct efi_priv *global_priv;
+static bool use_uart;
+
+struct __packed desctab_info {
+       uint16_t limit;
+       uint64_t addr;
+       uint16_t pad;
+};
+
+/*
+ * EFI uses Unicode and we don't. The easiest way to get a sensible output
+ * function is to use the U-Boot debug UART. We use EFI's console output
+ * function where available, and assume the built-in UART after that. We rely
+ * on EFI to set up the UART for us and just bring in the functions here.
+ * This last bit is a bit icky, but it's only for debugging anyway. We could
+ * build in ns16550.c with some effort, but this is a payload loader after
+ * all.
+ *
+ * Note: We avoid using printf() so we don't need to bring in lib/vsprintf.c.
+ * That would require some refactoring since we already build this for U-Boot.
+ * Building an EFI shared library version would have to be a separate stem.
+ * That might push us to using the SPL framework to build this stub. However
+ * that would involve a round of EFI-specific changes in SPL. Worth
+ * considering if we start needing more U-Boot functionality. Note that we
+ * could then move get_codeseg32() to arch/x86/cpu/cpu.c.
+ */
+void debug_uart_init(void)
+{
+}
+
+void putc(const char ch)
+{
+       if (use_uart) {
+               NS16550_t com_port = (NS16550_t)0x3f8;
+
+               while ((inb((ulong)&com_port->lsr) & UART_LSR_THRE) == 0)
+                       ;
+               outb(ch, (ulong)&com_port->thr);
+       } else {
+               efi_putc(global_priv, ch);
+       }
+       if (ch == '\n')
+               putc('\r');
+}
+
+void puts(const char *str)
+{
+       while (*str)
+               putc(*str++);
+}
+
+static void _debug_uart_putc(int ch)
+{
+       putc(ch);
+}
+
+DEBUG_UART_FUNCS
+
+void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t size)
+{
+       unsigned char *dptr = dest;
+       const unsigned char *ptr = src;
+       const unsigned char *end = src + size;
+
+       while (ptr < end)
+               *dptr++ = *ptr++;
+
+       return dest;
+}
+
+void *memset(void *inptr, int ch, size_t size)
+{
+       char *ptr = inptr;
+       char *end = ptr + size;
+
+       while (ptr < end)
+               *ptr++ = ch;
+
+       return ptr;
+}
+
+static void jump_to_uboot(ulong cs32, ulong addr, ulong info)
+{
+#ifdef CONFIG_EFI_STUB_32BIT
+       /*
+        * U-Boot requires these parameters in registers, not on the stack.
+        * See _x86boot_start() for this code.
+        */
+       typedef void (*func_t)(int bist, int unused, ulong info)
+               __attribute__((regparm(3)));
+
+       ((func_t)addr)(0, 0, info);
+#else
+       /* TODO: Implement this */
+#endif
+}
+
+static void get_gdt(struct desctab_info *info)
+{
+       asm volatile ("sgdt %0" : : "m"(*info) : "memory");
+}
+
+static inline unsigned long read_cr3(void)
+{
+       unsigned long val;
+
+       asm volatile("mov %%cr3,%0" : "=r" (val) : : "memory");
+       return val;
+}
+
+/**
+ * get_codeseg32() - Find the code segment to use for 32-bit code
+ *
+ * U-Boot only works in 32-bit mode at present, so when booting from 64-bit
+ * EFI we must first change to 32-bit mode. To do this we need to find the
+ * correct code segment to use (an entry in the Global Descriptor Table).
+ *
+ * @return code segment GDT offset, or 0 for 32-bit EFI, -ENOENT if not found
+ */
+static int get_codeseg32(void)
+{
+       int cs32 = 0;
+
+       /* TODO(sjg): Implement this for 64-bit mode */
+       return cs32;
+}
+
+static int setup_info_table(struct efi_priv *priv, int size)
+{
+       struct efi_info_hdr *info;
+       efi_status_t ret;
+
+       /* Get some memory for our info table */
+       priv->info_size = size;
+       info = efi_malloc(priv, priv->info_size, &ret);
+       if (ret) {
+               printhex2(ret);
+               puts(" No memory for info table: ");
+               return ret;
+       }
+
+       memset(info, '\0', sizeof(*info));
+       info->version = EFI_TABLE_VERSION;
+       info->hdr_size = sizeof(*info);
+       priv->info = info;
+       priv->next_hdr = (char *)info + info->hdr_size;
+
+       return 0;
+}
+
+static void add_entry_addr(struct efi_priv *priv, enum efi_entry_t type,
+                          void *ptr1, int size1, void *ptr2, int size2)
+{
+       struct efi_entry_hdr *hdr = priv->next_hdr;
+
+       hdr->type = type;
+       hdr->size = size1 + size2;
+       hdr->addr = 0;
+       hdr->link = ALIGN(sizeof(*hdr) + hdr->size, 16);
+       priv->next_hdr += hdr->link;
+       memcpy(hdr + 1, ptr1, size1);
+       memcpy((void *)(hdr + 1) + size1, ptr2, size2);
+       priv->info->total_size = (ulong)priv->next_hdr - (ulong)priv->info;
+}
+
+/**
+ * efi_main() - Start an EFI image
+ *
+ * This function is called by our EFI start-up code. It handles running
+ * U-Boot. If it returns, EFI will continue.
+ */
+efi_status_t efi_main(efi_handle_t image, struct efi_system_table *sys_table)
+{
+       struct efi_priv local_priv, *priv = &local_priv;
+       struct efi_boot_services *boot = sys_table->boottime;
+       struct efi_mem_desc *desc;
+       struct efi_entry_memmap map;
+       ulong key, desc_size, size;
+       efi_status_t ret;
+       u32 version;
+       int cs32;
+
+       ret = efi_init(priv, "Payload", image, sys_table);
+       if (ret) {
+               printhex2(ret); puts(" efi_init() failed\n");
+               return ret;
+       }
+       global_priv = priv;
+
+       cs32 = get_codeseg32();
+       if (cs32 < 0)
+               return EFI_UNSUPPORTED;
+
+       /* Get the memory map so we can switch off EFI */
+       size = 0;
+       ret = boot->get_memory_map(&size, NULL, &key, &desc_size, &version);
+       if (ret != EFI_BUFFER_TOO_SMALL) {
+               printhex2(BITS_PER_LONG);
+               printhex2(ret);
+               puts(" No memory map\n");
+               return ret;
+       }
+       size += 1024;   /* Since doing a malloc() may change the memory map! */
+       desc = efi_malloc(priv, size, &ret);
+       if (!desc) {
+               printhex2(ret);
+               puts(" No memory for memory descriptor: ");
+               return ret;
+       }
+       ret = setup_info_table(priv, size + 128);
+       if (ret)
+               return ret;
+
+       ret = boot->get_memory_map(&size, desc, &key, &desc_size, &version);
+       if (ret) {
+               printhex2(ret);
+               puts(" Can't get memory map\n");
+               return ret;
+       }
+
+       ret = boot->exit_boot_services(image, key);
+       if (ret) {
+               /*
+                * Unfortunately it happens that we cannot exit boot services
+                * the first time. But the second time it work. I don't know
+                * why but this seems to be a repeatable problem. To get
+                * around it, just try again.
+                */
+               printhex2(ret);
+               puts(" Can't exit boot services\n");
+               size = sizeof(desc);
+               ret = boot->get_memory_map(&size, desc, &key, &desc_size,
+                                          &version);
+               if (ret) {
+                       printhex2(ret);
+                       puts(" Can't get memory map\n");
+                       return ret;
+               }
+               ret = boot->exit_boot_services(image, key);
+               if (ret) {
+                       printhex2(ret);
+                       puts(" Can't exit boot services 2\n");
+                       return ret;
+               }
+       }
+
+       map.version = version;
+       map.desc_size = desc_size;
+       add_entry_addr(priv, EFIET_MEMORY_MAP, &map, sizeof(map), desc, size);
+       add_entry_addr(priv, EFIET_END, NULL, 0, 0, 0);
+
+       /* The EFI UART won't work now, switch to a debug one */
+       use_uart = true;
+
+       memcpy((void *)CONFIG_SYS_TEXT_BASE, _binary_u_boot_dtb_bin_start,
+              (ulong)_binary_u_boot_dtb_bin_end -
+              (ulong)_binary_u_boot_dtb_bin_start);
+
+#ifdef DEBUG
+       puts("EFI table at ");
+       printhex8((ulong)priv->info);
+       puts(" size ");
+       printhex8(priv->info->total_size);
+#endif
+       putc('\n');
+       jump_to_uboot(cs32, CONFIG_SYS_TEXT_BASE, (ulong)priv->info);
+
+       return EFI_LOAD_ERROR;
+}