doc: board: Add Intel Galileo board doc
[oweals/u-boot.git] / doc / README.x86
1 # SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
2 #
3 # Copyright (C) 2014, Simon Glass <sjg@chromium.org>
4 # Copyright (C) 2014, Bin Meng <bmeng.cn@gmail.com>
5
6 U-Boot on x86
7 =============
8
9 This document describes the information about U-Boot running on x86 targets,
10 including supported boards, build instructions, todo list, etc.
11
12 Status
13 ------
14 U-Boot supports running as a coreboot [1] payload on x86. So far only Link
15 (Chromebook Pixel) and QEMU [2] x86 targets have been tested, but it should
16 work with minimal adjustments on other x86 boards since coreboot deals with
17 most of the low-level details.
18
19 U-Boot is a main bootloader on Intel Edison board.
20
21 U-Boot also supports booting directly from x86 reset vector, without coreboot.
22 In this case, known as bare mode, from the fact that it runs on the
23 'bare metal', U-Boot acts like a BIOS replacement. The following platforms
24 are supported:
25
26    - Bayley Bay CRB
27    - Cherry Hill CRB
28    - Congatec QEVAL 2.0 & conga-QA3/E3845
29    - Cougar Canyon 2 CRB
30    - Crown Bay CRB
31    - Galileo
32    - Link (Chromebook Pixel)
33    - Minnowboard MAX
34    - Samus (Chromebook Pixel 2015)
35    - QEMU x86 (32-bit & 64-bit)
36
37 As for loading an OS, U-Boot supports directly booting a 32-bit or 64-bit
38 Linux kernel as part of a FIT image. It also supports a compressed zImage.
39 U-Boot supports loading an x86 VxWorks kernel. Please check README.vxworks
40 for more details.
41
42 Build Instructions for U-Boot as coreboot payload
43 -------------------------------------------------
44 Building U-Boot as a coreboot payload is just like building U-Boot for targets
45 on other architectures, like below:
46
47 $ make coreboot_defconfig
48 $ make all
49
50 Build Instructions for U-Boot as BIOS replacement (bare mode)
51 -------------------------------------------------------------
52 Building a ROM version of U-Boot (hereafter referred to as u-boot.rom) is a
53 little bit tricky, as generally it requires several binary blobs which are not
54 shipped in the U-Boot source tree. Due to this reason, the u-boot.rom build is
55 not turned on by default in the U-Boot source tree. Firstly, you need turn it
56 on by enabling the ROM build either via an environment variable
57
58     $ export BUILD_ROM=y
59
60 or via configuration
61
62     CONFIG_BUILD_ROM=y
63
64 Both tell the Makefile to build u-boot.rom as a target.
65
66 ---
67
68 Chromebook Link specific instructions for bare mode:
69
70 First, you need the following binary blobs:
71
72 * descriptor.bin - Intel flash descriptor
73 * me.bin - Intel Management Engine
74 * mrc.bin - Memory Reference Code, which sets up SDRAM
75 * video ROM - sets up the display
76
77 You can get these binary blobs by:
78
79 $ git clone http://review.coreboot.org/p/blobs.git
80 $ cd blobs
81
82 Find the following files:
83
84 * ./mainboard/google/link/descriptor.bin
85 * ./mainboard/google/link/me.bin
86 * ./northbridge/intel/sandybridge/systemagent-r6.bin
87
88 The 3rd one should be renamed to mrc.bin.
89 As for the video ROM, you can get it here [3] and rename it to vga.bin.
90 Make sure all these binary blobs are put in the board directory.
91
92 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom:
93
94 $ make chromebook_link_defconfig
95 $ make all
96
97 ---
98
99 Chromebook Samus (2015 Pixel) instructions for bare mode:
100
101 First, you need the following binary blobs:
102
103 * descriptor.bin - Intel flash descriptor
104 * me.bin - Intel Management Engine
105 * mrc.bin - Memory Reference Code, which sets up SDRAM
106 * refcode.elf - Additional Reference code
107 * vga.bin - video ROM, which sets up the display
108
109 If you have a samus you can obtain them from your flash, for example, in
110 developer mode on the Chromebook (use Ctrl-Alt-F2 to obtain a terminal and
111 log in as 'root'):
112
113    cd /tmp
114    flashrom -w samus.bin
115    scp samus.bin username@ip_address:/path/to/somewhere
116
117 If not see the coreboot tree [4] where you can use:
118
119    bash crosfirmware.sh samus
120
121 to get the image. There is also an 'extract_blobs.sh' scripts that you can use
122 on the 'coreboot-Google_Samus.*' file to short-circuit some of the below.
123
124 Then 'ifdtool -x samus.bin' on your development machine will produce:
125
126    flashregion_0_flashdescriptor.bin
127    flashregion_1_bios.bin
128    flashregion_2_intel_me.bin
129
130 Rename flashregion_0_flashdescriptor.bin to descriptor.bin
131 Rename flashregion_2_intel_me.bin to me.bin
132 You can ignore flashregion_1_bios.bin - it is not used.
133
134 To get the rest, use 'cbfstool samus.bin print':
135
136 samus.bin: 8192 kB, bootblocksize 2864, romsize 8388608, offset 0x700000
137 alignment: 64 bytes, architecture: x86
138
139 Name                           Offset     Type         Size
140 cmos_layout.bin                0x700000   cmos_layout  1164
141 pci8086,0406.rom               0x7004c0   optionrom    65536
142 spd.bin                        0x710500   (unknown)    4096
143 cpu_microcode_blob.bin         0x711540   microcode    70720
144 fallback/romstage              0x722a00   stage        54210
145 fallback/ramstage              0x72fe00   stage        96382
146 config                         0x7476c0   raw          6075
147 fallback/vboot                 0x748ec0   stage        15980
148 fallback/refcode               0x74cd80   stage        75578
149 fallback/payload               0x75f500   payload      62878
150 u-boot.dtb                     0x76eb00   (unknown)    5318
151 (empty)                        0x770000   null         196504
152 mrc.bin                        0x79ffc0   (unknown)    222876
153 (empty)                        0x7d66c0   null         167320
154
155 You can extract what you need:
156
157    cbfstool samus.bin extract -n pci8086,0406.rom -f vga.bin
158    cbfstool samus.bin extract -n fallback/refcode -f refcode.rmod
159    cbfstool samus.bin extract -n mrc.bin -f mrc.bin
160    cbfstool samus.bin extract -n fallback/refcode -f refcode.bin -U
161
162 Note that the -U flag is only supported by the latest cbfstool. It unpacks
163 and decompresses the stage to produce a coreboot rmodule. This is a simple
164 representation of an ELF file. You need the patch "Support decoding a stage
165 with compression".
166
167 Put all 5 files into board/google/chromebook_samus.
168
169 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom:
170
171 $ make chromebook_link_defconfig
172 $ make all
173
174 If you are using em100, then this command will flash write -Boot:
175
176    em100 -s -d filename.rom -c W25Q64CV -r
177
178 Flash map for samus / broadwell:
179
180    fffff800     SYS_X86_START16
181    ffff0000     RESET_SEG_START
182    fffd8000     TPL_TEXT_BASE
183    fffa0000     X86_MRC_ADDR
184    fff90000     VGA_BIOS_ADDR
185    ffed0000     SYS_TEXT_BASE
186    ffea0000     X86_REFCODE_ADDR
187    ffe70000     SPL_TEXT_BASE
188    ffbf8000     CONFIG_ENV_OFFSET (environemnt offset)
189    ffbe0000     rw-mrc-cache (Memory-reference-code cache)
190    ffa00000     <spare>
191    ff801000     intel-me (address set by descriptor.bin)
192    ff800000     intel-descriptor
193
194 ---
195
196 QEMU x86 target instructions for bare mode:
197
198 To build u-boot.rom for QEMU x86 targets, just simply run
199
200 $ make qemu-x86_defconfig (for 32-bit)
201 or
202 $ make qemu-x86_64_defconfig (for 64-bit)
203 $ make all
204
205 Note this default configuration will build a U-Boot for the QEMU x86 i440FX
206 board. To build a U-Boot against QEMU x86 Q35 board, you can change the build
207 configuration during the 'make menuconfig' process like below:
208
209 Device Tree Control  --->
210         ...
211         (qemu-x86_q35) Default Device Tree for DT control
212
213 Test with coreboot
214 ------------------
215 For testing U-Boot as the coreboot payload, there are things that need be paid
216 attention to. coreboot supports loading an ELF executable and a 32-bit plain
217 binary, as well as other supported payloads. With the default configuration,
218 U-Boot is set up to use a separate Device Tree Blob (dtb). As of today, the
219 generated u-boot-dtb.bin needs to be packaged by the cbfstool utility (a tool
220 provided by coreboot) manually as coreboot's 'make menuconfig' does not provide
221 this capability yet. The command is as follows:
222
223 # in the coreboot root directory
224 $ ./build/util/cbfstool/cbfstool build/coreboot.rom add-flat-binary \
225   -f u-boot-dtb.bin -n fallback/payload -c lzma -l 0x1110000 -e 0x1110000
226
227 Make sure 0x1110000 matches CONFIG_SYS_TEXT_BASE, which is the symbol address
228 of _x86boot_start (in arch/x86/cpu/start.S).
229
230 If you want to use ELF as the coreboot payload, change U-Boot configuration to
231 use CONFIG_OF_EMBED instead of CONFIG_OF_SEPARATE.
232
233 To enable video you must enable these options in coreboot:
234
235    - Set framebuffer graphics resolution (1280x1024 32k-color (1:5:5))
236    - Keep VESA framebuffer
237
238 At present it seems that for Minnowboard Max, coreboot does not pass through
239 the video information correctly (it always says the resolution is 0x0). This
240 works correctly for link though.
241
242 Test with QEMU for bare mode
243 ----------------------------
244 QEMU is a fancy emulator that can enable us to test U-Boot without access to
245 a real x86 board. Please make sure your QEMU version is 2.3.0 or above test
246 U-Boot. To launch QEMU with u-boot.rom, call QEMU as follows:
247
248 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom
249
250 This will instantiate an emulated x86 board with i440FX and PIIX chipset. QEMU
251 also supports emulating an x86 board with Q35 and ICH9 based chipset, which is
252 also supported by U-Boot. To instantiate such a machine, call QEMU with:
253
254 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom -M q35
255
256 Note by default QEMU instantiated boards only have 128 MiB system memory. But
257 it is enough to have U-Boot boot and function correctly. You can increase the
258 system memory by pass '-m' parameter to QEMU if you want more memory:
259
260 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom -m 1024
261
262 This creates a board with 1 GiB system memory. Currently U-Boot for QEMU only
263 supports 3 GiB maximum system memory and reserves the last 1 GiB address space
264 for PCI device memory-mapped I/O and other stuff, so the maximum value of '-m'
265 would be 3072.
266
267 QEMU emulates a graphic card which U-Boot supports. Removing '-nographic' will
268 show QEMU's VGA console window. Note this will disable QEMU's serial output.
269 If you want to check both consoles, use '-serial stdio'.
270
271 Multicore is also supported by QEMU via '-smp n' where n is the number of cores
272 to instantiate. Note, the maximum supported CPU number in QEMU is 255.
273
274 The fw_cfg interface in QEMU also provides information about kernel data,
275 initrd, command-line arguments and more. U-Boot supports directly accessing
276 these informtion from fw_cfg interface, which saves the time of loading them
277 from hard disk or network again, through emulated devices. To use it , simply
278 providing them in QEMU command line:
279
280 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom -m 1024 -kernel /path/to/bzImage
281     -append 'root=/dev/ram console=ttyS0' -initrd /path/to/initrd -smp 8
282
283 Note: -initrd and -smp are both optional
284
285 Then start QEMU, in U-Boot command line use the following U-Boot command to
286 setup kernel:
287
288  => qfw
289 qfw - QEMU firmware interface
290
291 Usage:
292 qfw <command>
293     - list                             : print firmware(s) currently loaded
294     - cpus                             : print online cpu number
295     - load <kernel addr> <initrd addr> : load kernel and initrd (if any) and setup for zboot
296
297 => qfw load
298 loading kernel to address 01000000 size 5d9d30 initrd 04000000 size 1b1ab50
299
300 Here the kernel (bzImage) is loaded to 01000000 and initrd is to 04000000. Then,
301 'zboot' can be used to boot the kernel:
302
303 => zboot 01000000 - 04000000 1b1ab50
304
305 To run 64-bit U-Boot, qemu-system-x86_64 should be used instead, e.g.:
306 $ qemu-system-x86_64 -nographic -bios path/to/u-boot.rom
307
308 A specific CPU can be specified via the '-cpu' parameter but please make
309 sure the specified CPU supports 64-bit like '-cpu core2duo'. Conversely
310 '-cpu pentium' won't work for obvious reasons that the processor only
311 supports 32-bit.
312
313 Note 64-bit support is very preliminary at this point. Lots of features
314 are missing in the 64-bit world. One notable feature is the VGA console
315 support which is currently missing, so that you must specify '-nographic'
316 to get 64-bit U-Boot up and running.
317
318 CPU Microcode
319 -------------
320 Modern CPUs usually require a special bit stream called microcode [8] to be
321 loaded on the processor after power up in order to function properly. U-Boot
322 has already integrated these as hex dumps in the source tree.
323
324 SMP Support
325 -----------
326 On a multicore system, U-Boot is executed on the bootstrap processor (BSP).
327 Additional application processors (AP) can be brought up by U-Boot. In order to
328 have an SMP kernel to discover all of the available processors, U-Boot needs to
329 prepare configuration tables which contain the multi-CPUs information before
330 loading the OS kernel. Currently U-Boot supports generating two types of tables
331 for SMP, called Simple Firmware Interface (SFI) [9] and Multi-Processor (MP)
332 [10] tables. The writing of these two tables are controlled by two Kconfig
333 options GENERATE_SFI_TABLE and GENERATE_MP_TABLE.
334
335 Driver Model
336 ------------
337 x86 has been converted to use driver model for serial, GPIO, SPI, SPI flash,
338 keyboard, real-time clock, USB. Video is in progress.
339
340 Device Tree
341 -----------
342 x86 uses device tree to configure the board thus requires CONFIG_OF_CONTROL to
343 be turned on. Not every device on the board is configured via device tree, but
344 more and more devices will be added as time goes by. Check out the directory
345 arch/x86/dts/ for these device tree source files.
346
347 Useful Commands
348 ---------------
349 In keeping with the U-Boot philosophy of providing functions to check and
350 adjust internal settings, there are several x86-specific commands that may be
351 useful:
352
353 fsp  - Display information about Intel Firmware Support Package (FSP).
354          This is only available on platforms which use FSP, mostly Atom.
355 iod  - Display I/O memory
356 iow  - Write I/O memory
357 mtrr - List and set the Memory Type Range Registers (MTRR). These are used to
358          tell the CPU whether memory is cacheable and if so the cache write
359          mode to use. U-Boot sets up some reasonable values but you can
360          adjust then with this command.
361
362 Booting Ubuntu
363 --------------
364 As an example of how to set up your boot flow with U-Boot, here are
365 instructions for starting Ubuntu from U-Boot. These instructions have been
366 tested on Minnowboard MAX with a SATA drive but are equally applicable on
367 other platforms and other media. There are really only four steps and it's a
368 very simple script, but a more detailed explanation is provided here for
369 completeness.
370
371 Note: It is possible to set up U-Boot to boot automatically using syslinux.
372 It could also use the grub.cfg file (/efi/ubuntu/grub.cfg) to obtain the
373 GUID. If you figure these out, please post patches to this README.
374
375 Firstly, you will need Ubuntu installed on an available disk. It should be
376 possible to make U-Boot start a USB start-up disk but for now let's assume
377 that you used another boot loader to install Ubuntu.
378
379 Use the U-Boot command line to find the UUID of the partition you want to
380 boot. For example our disk is SCSI device 0:
381
382 => part list scsi 0
383
384 Partition Map for SCSI device 0  --   Partition Type: EFI
385
386    Part Start LBA       End LBA         Name
387         Attributes
388         Type GUID
389         Partition GUID
390    1    0x00000800      0x001007ff      ""
391         attrs:  0x0000000000000000
392         type:   c12a7328-f81f-11d2-ba4b-00a0c93ec93b
393         guid:   9d02e8e4-4d59-408f-a9b0-fd497bc9291c
394    2    0x00100800      0x037d8fff      ""
395         attrs:  0x0000000000000000
396         type:   0fc63daf-8483-4772-8e79-3d69d8477de4
397         guid:   965c59ee-1822-4326-90d2-b02446050059
398    3    0x037d9000      0x03ba27ff      ""
399         attrs:  0x0000000000000000
400         type:   0657fd6d-a4ab-43c4-84e5-0933c84b4f4f
401         guid:   2c4282bd-1e82-4bcf-a5ff-51dedbf39f17
402    =>
403
404 This shows that your SCSI disk has three partitions. The really long hex
405 strings are called Globally Unique Identifiers (GUIDs). You can look up the
406 'type' ones here [11]. On this disk the first partition is for EFI and is in
407 VFAT format (DOS/Windows):
408
409    => fatls scsi 0:1
410                efi/
411
412    0 file(s), 1 dir(s)
413
414
415 Partition 2 is 'Linux filesystem data' so that will be our root disk. It is
416 in ext2 format:
417
418    => ext2ls scsi 0:2
419    <DIR>       4096 .
420    <DIR>       4096 ..
421    <DIR>      16384 lost+found
422    <DIR>       4096 boot
423    <DIR>      12288 etc
424    <DIR>       4096 media
425    <DIR>       4096 bin
426    <DIR>       4096 dev
427    <DIR>       4096 home
428    <DIR>       4096 lib
429    <DIR>       4096 lib64
430    <DIR>       4096 mnt
431    <DIR>       4096 opt
432    <DIR>       4096 proc
433    <DIR>       4096 root
434    <DIR>       4096 run
435    <DIR>      12288 sbin
436    <DIR>       4096 srv
437    <DIR>       4096 sys
438    <DIR>       4096 tmp
439    <DIR>       4096 usr
440    <DIR>       4096 var
441    <SYM>         33 initrd.img
442    <SYM>         30 vmlinuz
443    <DIR>       4096 cdrom
444    <SYM>         33 initrd.img.old
445    =>
446
447 and if you look in the /boot directory you will see the kernel:
448
449    => ext2ls scsi 0:2 /boot
450    <DIR>       4096 .
451    <DIR>       4096 ..
452    <DIR>       4096 efi
453    <DIR>       4096 grub
454             3381262 System.map-3.13.0-32-generic
455             1162712 abi-3.13.0-32-generic
456              165611 config-3.13.0-32-generic
457              176500 memtest86+.bin
458              178176 memtest86+.elf
459              178680 memtest86+_multiboot.bin
460             5798112 vmlinuz-3.13.0-32-generic
461              165762 config-3.13.0-58-generic
462             1165129 abi-3.13.0-58-generic
463             5823136 vmlinuz-3.13.0-58-generic
464            19215259 initrd.img-3.13.0-58-generic
465             3391763 System.map-3.13.0-58-generic
466             5825048 vmlinuz-3.13.0-58-generic.efi.signed
467            28304443 initrd.img-3.13.0-32-generic
468    =>
469
470 The 'vmlinuz' files contain a packaged Linux kernel. The format is a kind of
471 self-extracting compressed file mixed with some 'setup' configuration data.
472 Despite its size (uncompressed it is >10MB) this only includes a basic set of
473 device drivers, enough to boot on most hardware types.
474
475 The 'initrd' files contain a RAM disk. This is something that can be loaded
476 into RAM and will appear to Linux like a disk. Ubuntu uses this to hold lots
477 of drivers for whatever hardware you might have. It is loaded before the
478 real root disk is accessed.
479
480 The numbers after the end of each file are the version. Here it is Linux
481 version 3.13. You can find the source code for this in the Linux tree with
482 the tag v3.13. The '.0' allows for additional Linux releases to fix problems,
483 but normally this is not needed. The '-58' is used by Ubuntu. Each time they
484 release a new kernel they increment this number. New Ubuntu versions might
485 include kernel patches to fix reported bugs. Stable kernels can exist for
486 some years so this number can get quite high.
487
488 The '.efi.signed' kernel is signed for EFI's secure boot. U-Boot has its own
489 secure boot mechanism - see [12] [13] and cannot read .efi files at present.
490
491 To boot Ubuntu from U-Boot the steps are as follows:
492
493 1. Set up the boot arguments. Use the GUID for the partition you want to
494 boot:
495
496    => setenv bootargs root=/dev/disk/by-partuuid/965c59ee-1822-4326-90d2-b02446050059 ro
497
498 Here root= tells Linux the location of its root disk. The disk is specified
499 by its GUID, using '/dev/disk/by-partuuid/', a Linux path to a 'directory'
500 containing all the GUIDs Linux has found. When it starts up, there will be a
501 file in that directory with this name in it. It is also possible to use a
502 device name here, see later.
503
504 2. Load the kernel. Since it is an ext2/4 filesystem we can do:
505
506    => ext2load scsi 0:2 03000000 /boot/vmlinuz-3.13.0-58-generic
507
508 The address 30000000 is arbitrary, but there seem to be problems with using
509 small addresses (sometimes Linux cannot find the ramdisk). This is 48MB into
510 the start of RAM (which is at 0 on x86).
511
512 3. Load the ramdisk (to 64MB):
513
514    => ext2load scsi 0:2 04000000 /boot/initrd.img-3.13.0-58-generic
515
516 4. Start up the kernel. We need to know the size of the ramdisk, but can use
517 a variable for that. U-Boot sets 'filesize' to the size of the last file it
518 loaded.
519
520    => zboot 03000000 0 04000000 ${filesize}
521
522 Type 'help zboot' if you want to see what the arguments are. U-Boot on x86 is
523 quite verbose when it boots a kernel. You should see these messages from
524 U-Boot:
525
526    Valid Boot Flag
527    Setup Size = 0x00004400
528    Magic signature found
529    Using boot protocol version 2.0c
530    Linux kernel version 3.13.0-58-generic (buildd@allspice) #97-Ubuntu SMP Wed Jul 8 02:56:15 UTC 2015
531    Building boot_params at 0x00090000
532    Loading bzImage at address 100000 (5805728 bytes)
533    Magic signature found
534    Initial RAM disk at linear address 0x04000000, size 19215259 bytes
535    Kernel command line: "root=/dev/disk/by-partuuid/965c59ee-1822-4326-90d2-b02446050059 ro"
536
537    Starting kernel ...
538
539 U-Boot prints out some bootstage timing. This is more useful if you put the
540 above commands into a script since then it will be faster.
541
542    Timer summary in microseconds:
543           Mark    Elapsed  Stage
544              0          0  reset
545        241,535    241,535  board_init_r
546      2,421,611  2,180,076  id=64
547      2,421,790        179  id=65
548      2,428,215      6,425  main_loop
549     48,860,584 46,432,369  start_kernel
550
551    Accumulated time:
552                   240,329  ahci
553                 1,422,704  vesa display
554
555 Now the kernel actually starts: (if you want to examine kernel boot up message
556 on the serial console, append "console=ttyS0,115200" to the kernel command line)
557
558    [    0.000000] Initializing cgroup subsys cpuset
559    [    0.000000] Initializing cgroup subsys cpu
560    [    0.000000] Initializing cgroup subsys cpuacct
561    [    0.000000] Linux version 3.13.0-58-generic (buildd@allspice) (gcc version 4.8.2 (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) ) #97-Ubuntu SMP Wed Jul 8 02:56:15 UTC 2015 (Ubuntu 3.13.0-58.97-generic 3.13.11-ckt22)
562    [    0.000000] Command line: root=/dev/disk/by-partuuid/965c59ee-1822-4326-90d2-b02446050059 ro console=ttyS0,115200
563
564 It continues for a long time. Along the way you will see it pick up your
565 ramdisk:
566
567    [    0.000000] RAMDISK: [mem 0x04000000-0x05253fff]
568 ...
569    [    0.788540] Trying to unpack rootfs image as initramfs...
570    [    1.540111] Freeing initrd memory: 18768K (ffff880004000000 - ffff880005254000)
571 ...
572
573 Later it actually starts using it:
574
575    Begin: Running /scripts/local-premount ... done.
576
577 You should also see your boot disk turn up:
578
579    [    4.357243] scsi 1:0:0:0: Direct-Access     ATA      ADATA SP310      5.2  PQ: 0 ANSI: 5
580    [    4.366860] sd 1:0:0:0: [sda] 62533296 512-byte logical blocks: (32.0 GB/29.8 GiB)
581    [    4.375677] sd 1:0:0:0: Attached scsi generic sg0 type 0
582    [    4.381859] sd 1:0:0:0: [sda] Write Protect is off
583    [    4.387452] sd 1:0:0:0: [sda] Write cache: enabled, read cache: enabled, doesn't support DPO or FUA
584    [    4.399535]  sda: sda1 sda2 sda3
585
586 Linux has found the three partitions (sda1-3). Mercifully it doesn't print out
587 the GUIDs. In step 1 above we could have used:
588
589    setenv bootargs root=/dev/sda2 ro
590
591 instead of the GUID. However if you add another drive to your board the
592 numbering may change whereas the GUIDs will not. So if your boot partition
593 becomes sdb2, it will still boot. For embedded systems where you just want to
594 boot the first disk, you have that option.
595
596 The last thing you will see on the console is mention of plymouth (which
597 displays the Ubuntu start-up screen) and a lot of 'Starting' messages:
598
599  * Starting Mount filesystems on boot                                    [ OK ]
600
601 After a pause you should see a login screen on your display and you are done.
602
603 If you want to put this in a script you can use something like this:
604
605    setenv bootargs root=UUID=b2aaf743-0418-4d90-94cc-3e6108d7d968 ro
606    setenv boot zboot 03000000 0 04000000 \${filesize}
607    setenv bootcmd "ext2load scsi 0:2 03000000 /boot/vmlinuz-3.13.0-58-generic; ext2load scsi 0:2 04000000 /boot/initrd.img-3.13.0-58-generic; run boot"
608    saveenv
609
610 The \ is to tell the shell not to evaluate ${filesize} as part of the setenv
611 command.
612
613 You can also bake this behaviour into your build by hard-coding the
614 environment variables if you add this to minnowmax.h:
615
616 #undef CONFIG_BOOTCOMMAND
617 #define CONFIG_BOOTCOMMAND      \
618         "ext2load scsi 0:2 03000000 /boot/vmlinuz-3.13.0-58-generic; " \
619         "ext2load scsi 0:2 04000000 /boot/initrd.img-3.13.0-58-generic; " \
620         "run boot"
621
622 #undef CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
623 #define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS "boot=zboot 03000000 0 04000000 ${filesize}"
624
625 and change CONFIG_BOOTARGS value in configs/minnowmax_defconfig to:
626
627 CONFIG_BOOTARGS="root=/dev/sda2 ro"
628
629 Test with SeaBIOS
630 -----------------
631 SeaBIOS [14] is an open source implementation of a 16-bit x86 BIOS. It can run
632 in an emulator or natively on x86 hardware with the use of U-Boot. With its
633 help, we can boot some OSes that require 16-bit BIOS services like Windows/DOS.
634
635 As U-Boot, we have to manually create a table where SeaBIOS gets various system
636 information (eg: E820) from. The table unfortunately has to follow the coreboot
637 table format as SeaBIOS currently supports booting as a coreboot payload.
638
639 To support loading SeaBIOS, U-Boot should be built with CONFIG_SEABIOS on.
640 Booting SeaBIOS is done via U-Boot's bootelf command, like below:
641
642    => tftp bios.bin.elf;bootelf
643    Using e1000#0 device
644    TFTP from server 10.10.0.100; our IP address is 10.10.0.108
645    ...
646    Bytes transferred = 122124 (1dd0c hex)
647    ## Starting application at 0x000ff06e ...
648    SeaBIOS (version rel-1.9.0)
649    ...
650
651 bios.bin.elf is the SeaBIOS image built from SeaBIOS source tree.
652 Make sure it is built as follows:
653
654    $ make menuconfig
655
656 Inside the "General Features" menu, select "Build for coreboot" as the
657 "Build Target". Inside the "Debugging" menu, turn on "Serial port debugging"
658 so that we can see something as soon as SeaBIOS boots. Leave other options
659 as in their default state. Then,
660
661    $ make
662    ...
663    Total size: 121888  Fixed: 66496  Free: 9184 (used 93.0% of 128KiB rom)
664    Creating out/bios.bin.elf
665
666 Currently this is tested on QEMU x86 target with U-Boot chain-loading SeaBIOS
667 to install/boot a Windows XP OS (below for example command to install Windows).
668
669    # Create a 10G disk.img as the virtual hard disk
670    $ qemu-img create -f qcow2 disk.img 10G
671
672    # Install a Windows XP OS from an ISO image 'winxp.iso'
673    $ qemu-system-i386 -serial stdio -bios u-boot.rom -hda disk.img -cdrom winxp.iso -smp 2 -m 512
674
675    # Boot a Windows XP OS installed on the virutal hard disk
676    $ qemu-system-i386 -serial stdio -bios u-boot.rom -hda disk.img -smp 2 -m 512
677
678 This is also tested on Intel Crown Bay board with a PCIe graphics card, booting
679 SeaBIOS then chain-loading a GRUB on a USB drive, then Linux kernel finally.
680
681 If you are using Intel Integrated Graphics Device (IGD) as the primary display
682 device on your board, SeaBIOS needs to be patched manually to get its VGA ROM
683 loaded and run by SeaBIOS. SeaBIOS locates VGA ROM via the PCI expansion ROM
684 register, but IGD device does not have its VGA ROM mapped by this register.
685 Its VGA ROM is packaged as part of u-boot.rom at a configurable flash address
686 which is unknown to SeaBIOS. An example patch is needed for SeaBIOS below:
687
688 diff --git a/src/optionroms.c b/src/optionroms.c
689 index 65f7fe0..c7b6f5e 100644
690 --- a/src/optionroms.c
691 +++ b/src/optionroms.c
692 @@ -324,6 +324,8 @@ init_pcirom(struct pci_device *pci, int isvga, u64 *sources)
693          rom = deploy_romfile(file);
694      else if (RunPCIroms > 1 || (RunPCIroms == 1 && isvga))
695          rom = map_pcirom(pci);
696 +    if (pci->bdf == pci_to_bdf(0, 2, 0))
697 +        rom = (struct rom_header *)0xfff90000;
698      if (! rom)
699          // No ROM present.
700          return;
701
702 Note: the patch above expects IGD device is at PCI b.d.f 0.2.0 and its VGA ROM
703 is at 0xfff90000 which corresponds to CONFIG_VGA_BIOS_ADDR on Minnowboard MAX.
704 Change these two accordingly if this is not the case on your board.
705
706 Development Flow
707 ----------------
708 These notes are for those who want to port U-Boot to a new x86 platform.
709
710 Since x86 CPUs boot from SPI flash, a SPI flash emulator is a good investment.
711 The Dediprog em100 can be used on Linux. The em100 tool is available here:
712
713    http://review.coreboot.org/p/em100.git
714
715 On Minnowboard Max the following command line can be used:
716
717    sudo em100 -s -p LOW -d u-boot.rom -c W25Q64DW -r
718
719 A suitable clip for connecting over the SPI flash chip is here:
720
721    http://www.dediprog.com/pd/programmer-accessories/EM-TC-8
722
723 This allows you to override the SPI flash contents for development purposes.
724 Typically you can write to the em100 in around 1200ms, considerably faster
725 than programming the real flash device each time. The only important
726 limitation of the em100 is that it only supports SPI bus speeds up to 20MHz.
727 This means that images must be set to boot with that speed. This is an
728 Intel-specific feature - e.g. tools/ifttool has an option to set the SPI
729 speed in the SPI descriptor region.
730
731 If your chip/board uses an Intel Firmware Support Package (FSP) it is fairly
732 easy to fit it in. You can follow the Minnowboard Max implementation, for
733 example. Hopefully you will just need to create new files similar to those
734 in arch/x86/cpu/baytrail which provide Bay Trail support.
735
736 If you are not using an FSP you have more freedom and more responsibility.
737 The ivybridge support works this way, although it still uses a ROM for
738 graphics and still has binary blobs containing Intel code. You should aim to
739 support all important peripherals on your platform including video and storage.
740 Use the device tree for configuration where possible.
741
742 For the microcode you can create a suitable device tree file using the
743 microcode tool:
744
745   ./tools/microcode-tool -d microcode.dat -m <model> create
746
747 or if you only have header files and not the full Intel microcode.dat database:
748
749   ./tools/microcode-tool -H BAY_TRAIL_FSP_KIT/Microcode/M0130673322.h \
750         -H BAY_TRAIL_FSP_KIT/Microcode/M0130679901.h \
751         -m all create
752
753 These are written to arch/x86/dts/microcode/ by default.
754
755 Note that it is possible to just add the micrcode for your CPU if you know its
756 model. U-Boot prints this information when it starts
757
758    CPU: x86_64, vendor Intel, device 30673h
759
760 so here we can use the M0130673322 file.
761
762 If you platform can display POST codes on two little 7-segment displays on
763 the board, then you can use post_code() calls from C or assembler to monitor
764 boot progress. This can be good for debugging.
765
766 If not, you can try to get serial working as early as possible. The early
767 debug serial port may be useful here. See setup_internal_uart() for an example.
768
769 During the U-Boot porting, one of the important steps is to write correct PIRQ
770 routing information in the board device tree. Without it, device drivers in the
771 Linux kernel won't function correctly due to interrupt is not working. Please
772 refer to U-Boot doc [15] for the device tree bindings of Intel interrupt router.
773 Here we have more details on the intel,pirq-routing property below.
774
775         intel,pirq-routing = <
776                 PCI_BDF(0, 2, 0) INTA PIRQA
777                 ...
778         >;
779
780 As you see each entry has 3 cells. For the first one, we need describe all pci
781 devices mounted on the board. For SoC devices, normally there is a chapter on
782 the chipset datasheet which lists all the available PCI devices. For example on
783 Bay Trail, this is chapter 4.3 (PCI configuration space). For the second one, we
784 can get the interrupt pin either from datasheet or hardware via U-Boot shell.
785 The reliable source is the hardware as sometimes chipset datasheet is not 100%
786 up-to-date. Type 'pci header' plus the device's pci bus/device/function number
787 from U-Boot shell below.
788
789   => pci header 0.1e.1
790     vendor ID =                 0x8086
791     device ID =                 0x0f08
792     ...
793     interrupt line =            0x09
794     interrupt pin =             0x04
795     ...
796
797 It shows this PCI device is using INTD pin as it reports 4 in the interrupt pin
798 register. Repeat this until you get interrupt pins for all the devices. The last
799 cell is the PIRQ line which a particular interrupt pin is mapped to. On Intel
800 chipset, the power-up default mapping is INTA/B/C/D maps to PIRQA/B/C/D. This
801 can be changed by registers in LPC bridge. So far Intel FSP does not touch those
802 registers so we can write down the PIRQ according to the default mapping rule.
803
804 Once we get the PIRQ routing information in the device tree, the interrupt
805 allocation and assignment will be done by U-Boot automatically. Now you can
806 enable CONFIG_GENERATE_PIRQ_TABLE for testing Linux kernel using i8259 PIC and
807 CONFIG_GENERATE_MP_TABLE for testing Linux kernel using local APIC and I/O APIC.
808
809 This script might be useful. If you feed it the output of 'pci long' from
810 U-Boot then it will generate a device tree fragment with the interrupt
811 configuration for each device (note it needs gawk 4.0.0):
812
813    $ cat console_output |awk '/PCI/ {device=$4} /interrupt line/ {line=$4} \
814         /interrupt pin/ {pin = $4; if (pin != "0x00" && pin != "0xff") \
815         {patsplit(device, bdf, "[0-9a-f]+"); \
816         printf "PCI_BDF(%d, %d, %d) INT%c PIRQ%c\n", strtonum("0x" bdf[1]), \
817         strtonum("0x" bdf[2]), bdf[3], strtonum(pin) + 64, 64 + strtonum(pin)}}'
818
819 Example output:
820    PCI_BDF(0, 2, 0) INTA PIRQA
821    PCI_BDF(0, 3, 0) INTA PIRQA
822 ...
823
824 Porting Hints
825 -------------
826
827 Quark-specific considerations:
828
829 To port U-Boot to other boards based on the Intel Quark SoC, a few things need
830 to be taken care of. The first important part is the Memory Reference Code (MRC)
831 parameters. Quark MRC supports memory-down configuration only. All these MRC
832 parameters are supplied via the board device tree. To get started, first copy
833 the MRC section of arch/x86/dts/galileo.dts to your board's device tree, then
834 change these values by consulting board manuals or your hardware vendor.
835 Available MRC parameter values are listed in include/dt-bindings/mrc/quark.h.
836 The other tricky part is with PCIe. Quark SoC integrates two PCIe root ports,
837 but by default they are held in reset after power on. In U-Boot, PCIe
838 initialization is properly handled as per Quark's firmware writer guide.
839 In your board support codes, you need provide two routines to aid PCIe
840 initialization, which are board_assert_perst() and board_deassert_perst().
841 The two routines need implement a board-specific mechanism to assert/deassert
842 PCIe PERST# pin. Care must be taken that in those routines that any APIs that
843 may trigger PCI enumeration process are strictly forbidden, as any access to
844 PCIe root port's configuration registers will cause system hang while it is
845 held in reset. For more details, check how they are implemented by the Intel
846 Galileo board support codes in board/intel/galileo/galileo.c.
847
848 coreboot:
849
850 See scripts/coreboot.sed which can assist with porting coreboot code into
851 U-Boot drivers. It will not resolve all build errors, but will perform common
852 transformations. Remember to add attribution to coreboot for new files added
853 to U-Boot. This should go at the top of each file and list the coreboot
854 filename where the code originated.
855
856 Debugging ACPI issues with Windows:
857
858 Windows might cache system information and only detect ACPI changes if you
859 modify the ACPI table versions. So tweak them liberally when debugging ACPI
860 issues with Windows.
861
862 ACPI Support Status
863 -------------------
864 Advanced Configuration and Power Interface (ACPI) [16] aims to establish
865 industry-standard interfaces enabling OS-directed configuration, power
866 management, and thermal management of mobile, desktop, and server platforms.
867
868 Linux can boot without ACPI with "acpi=off" command line parameter, but
869 with ACPI the kernel gains the capabilities to handle power management.
870 For Windows, ACPI is a must-have firmware feature since Windows Vista.
871 CONFIG_GENERATE_ACPI_TABLE is the config option to turn on ACPI support in
872 U-Boot. This requires Intel ACPI compiler to be installed on your host to
873 compile ACPI DSDT table written in ASL format to AML format. You can get
874 the compiler via "apt-get install iasl" if you are on Ubuntu or download
875 the source from [17] to compile one by yourself.
876
877 Current ACPI support in U-Boot is basically complete. More optional features
878 can be added in the future. The status as of today is:
879
880  * Support generating RSDT, XSDT, FACS, FADT, MADT, MCFG tables.
881  * Support one static DSDT table only, compiled by Intel ACPI compiler.
882  * Support S0/S3/S4/S5, reboot and shutdown from OS.
883  * Support booting a pre-installed Ubuntu distribution via 'zboot' command.
884  * Support installing and booting Ubuntu 14.04 (or above) from U-Boot with
885    the help of SeaBIOS using legacy interface (non-UEFI mode).
886  * Support installing and booting Windows 8.1/10 from U-Boot with the help
887    of SeaBIOS using legacy interface (non-UEFI mode).
888  * Support ACPI interrupts with SCI only.
889
890 Features that are optional:
891  * Dynamic AML bytecodes insertion at run-time. We may need this to support
892    SSDT table generation and DSDT fix up.
893  * SMI support. Since U-Boot is a modern bootloader, we don't want to bring
894    those legacy stuff into U-Boot. ACPI spec allows a system that does not
895    support SMI (a legacy-free system).
896
897 ACPI was initially enabled on BayTrail based boards. Testing was done by booting
898 a pre-installed Ubuntu 14.04 from a SATA drive. Installing Ubuntu 14.04 and
899 Windows 8.1/10 to a SATA drive and booting from there is also tested. Most
900 devices seem to work correctly and the board can respond a reboot/shutdown
901 command from the OS.
902
903 For other platform boards, ACPI support status can be checked by examining their
904 board defconfig files to see if CONFIG_GENERATE_ACPI_TABLE is set to y.
905
906 The S3 sleeping state is a low wake latency sleeping state defined by ACPI
907 spec where all system context is lost except system memory. To test S3 resume
908 with a Linux kernel, simply run "echo mem > /sys/power/state" and kernel will
909 put the board to S3 state where the power is off. So when the power button is
910 pressed again, U-Boot runs as it does in cold boot and detects the sleeping
911 state via ACPI register to see if it is S3, if yes it means we are waking up.
912 U-Boot is responsible for restoring the machine state as it is before sleep.
913 When everything is done, U-Boot finds out the wakeup vector provided by OSes
914 and jump there. To determine whether ACPI S3 resume is supported, check to
915 see if CONFIG_HAVE_ACPI_RESUME is set for that specific board.
916
917 Note for testing S3 resume with Windows, correct graphics driver must be
918 installed for your platform, otherwise you won't find "Sleep" option in
919 the "Power" submenu from the Windows start menu.
920
921 EFI Support
922 -----------
923 U-Boot supports booting as a 32-bit or 64-bit EFI payload, e.g. with UEFI.
924 This is enabled with CONFIG_EFI_STUB to boot from both 32-bit and 64-bit
925 UEFI BIOS. U-Boot can also run as an EFI application, with CONFIG_EFI_APP.
926 The CONFIG_EFI_LOADER option, where U-Boot provides an EFI environment to
927 the kernel (i.e. replaces UEFI completely but provides the same EFI run-time
928 services) is supported too. For example, we can even use 'bootefi' command
929 to load a 'u-boot-payload.efi', see below test logs on QEMU.
930
931   => load ide 0 3000000 u-boot-payload.efi
932   489787 bytes read in 138 ms (3.4 MiB/s)
933   => bootefi 3000000
934   Scanning disk ide.blk#0...
935   Found 2 disks
936   WARNING: booting without device tree
937   ## Starting EFI application at 03000000 ...
938   U-Boot EFI Payload
939
940
941   U-Boot 2018.07-rc2 (Jun 23 2018 - 17:12:58 +0800)
942
943   CPU: x86_64, vendor AMD, device 663h
944   DRAM:  2 GiB
945   MMC:
946   Video: 1024x768x32
947   Model: EFI x86 Payload
948   Net:   e1000: 52:54:00:12:34:56
949
950   Warning: e1000#0 using MAC address from ROM
951   eth0: e1000#0
952   No controllers found
953   Hit any key to stop autoboot:  0
954
955 See README.u-boot_on_efi and README.uefi for details of EFI support in U-Boot.
956
957 TODO List
958 ---------
959 - Audio
960 - Chrome OS verified boot
961
962 References
963 ----------
964 [1] http://www.coreboot.org
965 [2] http://www.qemu.org
966 [3] http://www.coreboot.org/~stepan/pci8086,0166.rom
967 [4] http://www.intel.com/content/www/us/en/embedded/design-tools/evaluation-platforms/atom-e660-eg20t-development-kit.html
968 [5] http://www.intel.com/fsp
969 [6] http://www.intel.com/content/www/us/en/secure/intelligent-systems/privileged/e6xx-35-b1-cmc22211.html
970 [7] http://www.ami.com/products/bios-uefi-tools-and-utilities/bios-uefi-utilities/
971 [8] http://en.wikipedia.org/wiki/Microcode
972 [9] http://simplefirmware.org
973 [10] http://www.intel.com/design/archives/processors/pro/docs/242016.htm
974 [11] https://en.wikipedia.org/wiki/GUID_Partition_Table
975 [12] http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/chromeos_and_diy_vboot_0.pdf
976 [13] http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/elce-2014.pdf
977 [14] http://www.seabios.org/SeaBIOS
978 [15] doc/device-tree-bindings/misc/intel,irq-router.txt
979 [16] http://www.acpi.info
980 [17] https://www.acpica.org/downloads