Merge https://gitlab.denx.de/u-boot/custodians/u-boot-sh
[oweals/u-boot.git] / tools / binman / README
1 # SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
2 # Copyright (c) 2016 Google, Inc
3
4 Introduction
5 ------------
6
7 Firmware often consists of several components which must be packaged together.
8 For example, we may have SPL, U-Boot, a device tree and an environment area
9 grouped together and placed in MMC flash. When the system starts, it must be
10 able to find these pieces.
11
12 So far U-Boot has not provided a way to handle creating such images in a
13 general way. Each SoC does what it needs to build an image, often packing or
14 concatenating images in the U-Boot build system.
15
16 Binman aims to provide a mechanism for building images, from simple
17 SPL + U-Boot combinations, to more complex arrangements with many parts.
18
19
20 What it does
21 ------------
22
23 Binman reads your board's device tree and finds a node which describes the
24 required image layout. It uses this to work out what to place where. The
25 output file normally contains the device tree, so it is in principle possible
26 to read an image and extract its constituent parts.
27
28
29 Features
30 --------
31
32 So far binman is pretty simple. It supports binary blobs, such as 'u-boot',
33 'spl' and 'fdt'. It supports empty entries (such as setting to 0xff). It can
34 place entries at a fixed location in the image, or fit them together with
35 suitable padding and alignment. It provides a way to process binaries before
36 they are included, by adding a Python plug-in. The device tree is available
37 to U-Boot at run-time so that the images can be interpreted.
38
39 Binman can update the device tree with the final location of everything when it
40 is done. Entry positions can be provided to U-Boot SPL as run-time symbols,
41 avoiding device-tree code overhead.
42
43 Binman can also support incorporating filesystems in the image if required.
44 For example x86 platforms may use CBFS in some cases.
45
46 Binman is intended for use with U-Boot but is designed to be general enough
47 to be useful in other image-packaging situations.
48
49
50 Motivation
51 ----------
52
53 Packaging of firmware is quite a different task from building the various
54 parts. In many cases the various binaries which go into the image come from
55 separate build systems. For example, ARM Trusted Firmware is used on ARMv8
56 devices but is not built in the U-Boot tree. If a Linux kernel is included
57 in the firmware image, it is built elsewhere.
58
59 It is of course possible to add more and more build rules to the U-Boot
60 build system to cover these cases. It can shell out to other Makefiles and
61 build scripts. But it seems better to create a clear divide between building
62 software and packaging it.
63
64 At present this is handled by manual instructions, different for each board,
65 on how to create images that will boot. By turning these instructions into a
66 standard format, we can support making valid images for any board without
67 manual effort, lots of READMEs, etc.
68
69 Benefits:
70 - Each binary can have its own build system and tool chain without creating
71 any dependencies between them
72 - Avoids the need for a single-shot build: individual parts can be updated
73 and brought in as needed
74 - Provides for a standard image description available in the build and at
75 run-time
76 - SoC-specific image-signing tools can be accommodated
77 - Avoids cluttering the U-Boot build system with image-building code
78 - The image description is automatically available at run-time in U-Boot,
79 SPL. It can be made available to other software also
80 - The image description is easily readable (it's a text file in device-tree
81 format) and permits flexible packing of binaries
82
83
84 Terminology
85 -----------
86
87 Binman uses the following terms:
88
89 - image - an output file containing a firmware image
90 - binary - an input binary that goes into the image
91
92
93 Relationship to FIT
94 -------------------
95
96 FIT is U-Boot's official image format. It supports multiple binaries with
97 load / execution addresses, compression. It also supports verification
98 through hashing and RSA signatures.
99
100 FIT was originally designed to support booting a Linux kernel (with an
101 optional ramdisk) and device tree chosen from various options in the FIT.
102 Now that U-Boot supports configuration via device tree, it is possible to
103 load U-Boot from a FIT, with the device tree chosen by SPL.
104
105 Binman considers FIT to be one of the binaries it can place in the image.
106
107 Where possible it is best to put as much as possible in the FIT, with binman
108 used to deal with cases not covered by FIT. Examples include initial
109 execution (since FIT itself does not have an executable header) and dealing
110 with device boundaries, such as the read-only/read-write separation in SPI
111 flash.
112
113 For U-Boot, binman should not be used to create ad-hoc images in place of
114 FIT.
115
116
117 Relationship to mkimage
118 -----------------------
119
120 The mkimage tool provides a means to create a FIT. Traditionally it has
121 needed an image description file: a device tree, like binman, but in a
122 different format. More recently it has started to support a '-f auto' mode
123 which can generate that automatically.
124
125 More relevant to binman, mkimage also permits creation of many SoC-specific
126 image types. These can be listed by running 'mkimage -T list'. Examples
127 include 'rksd', the Rockchip SD/MMC boot format. The mkimage tool is often
128 called from the U-Boot build system for this reason.
129
130 Binman considers the output files created by mkimage to be binary blobs
131 which it can place in an image. Binman does not replace the mkimage tool or
132 this purpose. It would be possible in some situations to create a new entry
133 type for the images in mkimage, but this would not add functionality. It
134 seems better to use the mkimage tool to generate binaries and avoid blurring
135 the boundaries between building input files (mkimage) and packaging then
136 into a final image (binman).
137
138
139 Example use of binman in U-Boot
140 -------------------------------
141
142 Binman aims to replace some of the ad-hoc image creation in the U-Boot
143 build system.
144
145 Consider sunxi. It has the following steps:
146
147 1. It uses a custom mksunxiboot tool to build an SPL image called
148 sunxi-spl.bin. This should probably move into mkimage.
149
150 2. It uses mkimage to package U-Boot into a legacy image file (so that it can
151 hold the load and execution address) called u-boot.img.
152
153 3. It builds a final output image called u-boot-sunxi-with-spl.bin which
154 consists of sunxi-spl.bin, some padding and u-boot.img.
155
156 Binman is intended to replace the last step. The U-Boot build system builds
157 u-boot.bin and sunxi-spl.bin. Binman can then take over creation of
158 sunxi-spl.bin (by calling mksunxiboot, or hopefully one day mkimage). In any
159 case, it would then create the image from the component parts.
160
161 This simplifies the U-Boot Makefile somewhat, since various pieces of logic
162 can be replaced by a call to binman.
163
164
165 Example use of binman for x86
166 -----------------------------
167
168 In most cases x86 images have a lot of binary blobs, 'black-box' code
169 provided by Intel which must be run for the platform to work. Typically
170 these blobs are not relocatable and must be placed at fixed areas in the
171 firmware image.
172
173 Currently this is handled by ifdtool, which places microcode, FSP, MRC, VGA
174 BIOS, reference code and Intel ME binaries into a u-boot.rom file.
175
176 Binman is intended to replace all of this, with ifdtool left to handle only
177 the configuration of the Intel-format descriptor.
178
179
180 Running binman
181 --------------
182
183 First install prerequisites, e.g.
184
185         sudo apt-get install python-pyelftools python3-pyelftools lzma-alone \
186                 liblz4-tool
187
188 Type:
189
190         binman build -b <board_name>
191
192 to build an image for a board. The board name is the same name used when
193 configuring U-Boot (e.g. for sandbox_defconfig the board name is 'sandbox').
194 Binman assumes that the input files for the build are in ../b/<board_name>.
195
196 Or you can specify this explicitly:
197
198         binman build -I <build_path>
199
200 where <build_path> is the build directory containing the output of the U-Boot
201 build.
202
203 (Future work will make this more configurable)
204
205 In either case, binman picks up the device tree file (u-boot.dtb) and looks
206 for its instructions in the 'binman' node.
207
208 Binman has a few other options which you can see by running 'binman -h'.
209
210
211 Enabling binman for a board
212 ---------------------------
213
214 At present binman is invoked from a rule in the main Makefile. Typically you
215 will have a rule like:
216
217 ifneq ($(CONFIG_ARCH_<something>),)
218 u-boot-<your_suffix>.bin: <input_file_1> <input_file_2> checkbinman FORCE
219         $(call if_changed,binman)
220 endif
221
222 This assumes that u-boot-<your_suffix>.bin is a target, and is the final file
223 that you need to produce. You can make it a target by adding it to ALL-y
224 either in the main Makefile or in a config.mk file in your arch subdirectory.
225
226 Once binman is executed it will pick up its instructions from a device-tree
227 file, typically <soc>-u-boot.dtsi, where <soc> is your CONFIG_SYS_SOC value.
228 You can use other, more specific CONFIG options - see 'Automatic .dtsi
229 inclusion' below.
230
231
232 Image description format
233 ------------------------
234
235 The binman node is called 'binman'. An example image description is shown
236 below:
237
238         binman {
239                 filename = "u-boot-sunxi-with-spl.bin";
240                 pad-byte = <0xff>;
241                 blob {
242                         filename = "spl/sunxi-spl.bin";
243                 };
244                 u-boot {
245                         offset = <CONFIG_SPL_PAD_TO>;
246                 };
247         };
248
249
250 This requests binman to create an image file called u-boot-sunxi-with-spl.bin
251 consisting of a specially formatted SPL (spl/sunxi-spl.bin, built by the
252 normal U-Boot Makefile), some 0xff padding, and a U-Boot legacy image. The
253 padding comes from the fact that the second binary is placed at
254 CONFIG_SPL_PAD_TO. If that line were omitted then the U-Boot binary would
255 immediately follow the SPL binary.
256
257 The binman node describes an image. The sub-nodes describe entries in the
258 image. Each entry represents a region within the overall image. The name of
259 the entry (blob, u-boot) tells binman what to put there. For 'blob' we must
260 provide a filename. For 'u-boot', binman knows that this means 'u-boot.bin'.
261
262 Entries are normally placed into the image sequentially, one after the other.
263 The image size is the total size of all entries. As you can see, you can
264 specify the start offset of an entry using the 'offset' property.
265
266 Note that due to a device tree requirement, all entries must have a unique
267 name. If you want to put the same binary in the image multiple times, you can
268 use any unique name, with the 'type' property providing the type.
269
270 The attributes supported for entries are described below.
271
272 offset:
273         This sets the offset of an entry within the image or section containing
274         it. The first byte of the image is normally at offset 0. If 'offset' is
275         not provided, binman sets it to the end of the previous region, or the
276         start of the image's entry area (normally 0) if there is no previous
277         region.
278
279 align:
280         This sets the alignment of the entry. The entry offset is adjusted
281         so that the entry starts on an aligned boundary within the image. For
282         example 'align = <16>' means that the entry will start on a 16-byte
283         boundary. Alignment shold be a power of 2. If 'align' is not
284         provided, no alignment is performed.
285
286 size:
287         This sets the size of the entry. The contents will be padded out to
288         this size. If this is not provided, it will be set to the size of the
289         contents.
290
291 pad-before:
292         Padding before the contents of the entry. Normally this is 0, meaning
293         that the contents start at the beginning of the entry. This can be
294         offset the entry contents a little. Defaults to 0.
295
296 pad-after:
297         Padding after the contents of the entry. Normally this is 0, meaning
298         that the entry ends at the last byte of content (unless adjusted by
299         other properties). This allows room to be created in the image for
300         this entry to expand later. Defaults to 0.
301
302 align-size:
303         This sets the alignment of the entry size. For example, to ensure
304         that the size of an entry is a multiple of 64 bytes, set this to 64.
305         If 'align-size' is not provided, no alignment is performed.
306
307 align-end:
308         This sets the alignment of the end of an entry. Some entries require
309         that they end on an alignment boundary, regardless of where they
310         start. This does not move the start of the entry, so the contents of
311         the entry will still start at the beginning. But there may be padding
312         at the end. If 'align-end' is not provided, no alignment is performed.
313
314 filename:
315         For 'blob' types this provides the filename containing the binary to
316         put into the entry. If binman knows about the entry type (like
317         u-boot-bin), then there is no need to specify this.
318
319 type:
320         Sets the type of an entry. This defaults to the entry name, but it is
321         possible to use any name, and then add (for example) 'type = "u-boot"'
322         to specify the type.
323
324 offset-unset:
325         Indicates that the offset of this entry should not be set by placing
326         it immediately after the entry before. Instead, is set by another
327         entry which knows where this entry should go. When this boolean
328         property is present, binman will give an error if another entry does
329         not set the offset (with the GetOffsets() method).
330
331 image-pos:
332         This cannot be set on entry (or at least it is ignored if it is), but
333         with the -u option, binman will set it to the absolute image position
334         for each entry. This makes it easy to find out exactly where the entry
335         ended up in the image, regardless of parent sections, etc.
336
337 expand-size:
338         Expand the size of this entry to fit available space. This space is only
339         limited by the size of the image/section and the position of the next
340         entry.
341
342 compress:
343         Sets the compression algortihm to use (for blobs only). See the entry
344         documentation for details.
345
346 The attributes supported for images and sections are described below. Several
347 are similar to those for entries.
348
349 size:
350         Sets the image size in bytes, for example 'size = <0x100000>' for a
351         1MB image.
352
353 offset:
354         This is similar to 'offset' in entries, setting the offset of a section
355         within the image or section containing it. The first byte of the section
356         is normally at offset 0. If 'offset' is not provided, binman sets it to
357         the end of the previous region, or the start of the image's entry area
358         (normally 0) if there is no previous region.
359
360 align-size:
361         This sets the alignment of the image size. For example, to ensure
362         that the image ends on a 512-byte boundary, use 'align-size = <512>'.
363         If 'align-size' is not provided, no alignment is performed.
364
365 pad-before:
366         This sets the padding before the image entries. The first entry will
367         be positioned after the padding. This defaults to 0.
368
369 pad-after:
370         This sets the padding after the image entries. The padding will be
371         placed after the last entry. This defaults to 0.
372
373 pad-byte:
374         This specifies the pad byte to use when padding in the image. It
375         defaults to 0. To use 0xff, you would add 'pad-byte = <0xff>'.
376
377 filename:
378         This specifies the image filename. It defaults to 'image.bin'.
379
380 sort-by-offset:
381         This causes binman to reorder the entries as needed to make sure they
382         are in increasing positional order. This can be used when your entry
383         order may not match the positional order. A common situation is where
384         the 'offset' properties are set by CONFIG options, so their ordering is
385         not known a priori.
386
387         This is a boolean property so needs no value. To enable it, add a
388         line 'sort-by-offset;' to your description.
389
390 multiple-images:
391         Normally only a single image is generated. To create more than one
392         image, put this property in the binman node. For example, this will
393         create image1.bin containing u-boot.bin, and image2.bin containing
394         both spl/u-boot-spl.bin and u-boot.bin:
395
396         binman {
397                 multiple-images;
398                 image1 {
399                         u-boot {
400                         };
401                 };
402
403                 image2 {
404                         spl {
405                         };
406                         u-boot {
407                         };
408                 };
409         };
410
411 end-at-4gb:
412         For x86 machines the ROM offsets start just before 4GB and extend
413         up so that the image finished at the 4GB boundary. This boolean
414         option can be enabled to support this. The image size must be
415         provided so that binman knows when the image should start. For an
416         8MB ROM, the offset of the first entry would be 0xfff80000 with
417         this option, instead of 0 without this option.
418
419 skip-at-start:
420         This property specifies the entry offset of the first entry.
421
422         For PowerPC mpc85xx based CPU, CONFIG_SYS_TEXT_BASE is the entry
423         offset of the first entry. It can be 0xeff40000 or 0xfff40000 for
424         nor flash boot, 0x201000 for sd boot etc.
425
426         'end-at-4gb' property is not applicable where CONFIG_SYS_TEXT_BASE +
427         Image size != 4gb.
428
429 Examples of the above options can be found in the tests. See the
430 tools/binman/test directory.
431
432 It is possible to have the same binary appear multiple times in the image,
433 either by using a unit number suffix (u-boot@0, u-boot@1) or by using a
434 different name for each and specifying the type with the 'type' attribute.
435
436
437 Sections and hierachical images
438 -------------------------------
439
440 Sometimes it is convenient to split an image into several pieces, each of which
441 contains its own set of binaries. An example is a flash device where part of
442 the image is read-only and part is read-write. We can set up sections for each
443 of these, and place binaries in them independently. The image is still produced
444 as a single output file.
445
446 This feature provides a way of creating hierarchical images. For example here
447 is an example image with two copies of U-Boot. One is read-only (ro), intended
448 to be written only in the factory. Another is read-write (rw), so that it can be
449 upgraded in the field. The sizes are fixed so that the ro/rw boundary is known
450 and can be programmed:
451
452         binman {
453                 section@0 {
454                         read-only;
455                         name-prefix = "ro-";
456                         size = <0x100000>;
457                         u-boot {
458                         };
459                 };
460                 section@1 {
461                         name-prefix = "rw-";
462                         size = <0x100000>;
463                         u-boot {
464                         };
465                 };
466         };
467
468 This image could be placed into a SPI flash chip, with the protection boundary
469 set at 1MB.
470
471 A few special properties are provided for sections:
472
473 read-only:
474         Indicates that this section is read-only. This has no impact on binman's
475         operation, but his property can be read at run time.
476
477 name-prefix:
478         This string is prepended to all the names of the binaries in the
479         section. In the example above, the 'u-boot' binaries which actually be
480         renamed to 'ro-u-boot' and 'rw-u-boot'. This can be useful to
481         distinguish binaries with otherwise identical names.
482
483
484 Image Properties
485 ----------------
486
487 Image nodes act like sections but also have a few extra properties:
488
489 filename:
490         Output filename for the image. This defaults to image.bin (or in the
491         case of multiple images <nodename>.bin where <nodename> is the name of
492         the image node.
493
494 allow-repack:
495         Create an image that can be repacked. With this option it is possible
496         to change anything in the image after it is created, including updating
497         the position and size of image components. By default this is not
498         permitted since it is not possibly to know whether this might violate a
499         constraint in the image description. For example, if a section has to
500         increase in size to hold a larger binary, that might cause the section
501         to fall out of its allow region (e.g. read-only portion of flash).
502
503         Adding this property causes the original offset and size values in the
504         image description to be stored in the FDT and fdtmap.
505
506
507 Entry Documentation
508 -------------------
509
510 For details on the various entry types supported by binman and how to use them,
511 see README.entries. This is generated from the source code using:
512
513         binman entry-docs >tools/binman/README.entries
514
515
516 Listing images
517 --------------
518
519 It is possible to list the entries in an existing firmware image created by
520 binman, provided that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example:
521
522     $ binman ls -i image.bin
523     Name              Image-pos  Size  Entry-type    Offset  Uncomp-size
524     ----------------------------------------------------------------------
525     main-section                  c00  section            0
526       u-boot                  0     4  u-boot             0
527       section                     5fc  section            4
528         cbfs                100   400  cbfs               0
529           u-boot            138     4  u-boot            38
530           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb        80          3b5
531         u-boot-dtb          500   1ff  u-boot-dtb       400          3b5
532       fdtmap                6fc   381  fdtmap           6fc
533       image-header          bf8     8  image-header     bf8
534
535 This shows the hierarchy of the image, the position, size and type of each
536 entry, the offset of each entry within its parent and the uncompressed size if
537 the entry is compressed.
538
539 It is also possible to list just some files in an image, e.g.
540
541     $ binman ls -i image.bin section/cbfs
542     Name              Image-pos  Size  Entry-type  Offset  Uncomp-size
543     --------------------------------------------------------------------
544         cbfs                100   400  cbfs             0
545           u-boot            138     4  u-boot          38
546           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb      80          3b5
547
548 or with wildcards:
549
550     $ binman ls -i image.bin "*cb*" "*head*"
551     Name              Image-pos  Size  Entry-type    Offset  Uncomp-size
552     ----------------------------------------------------------------------
553         cbfs                100   400  cbfs               0
554           u-boot            138     4  u-boot            38
555           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb        80          3b5
556       image-header          bf8     8  image-header     bf8
557
558
559 Extracting files from images
560 ----------------------------
561
562 You can extract files from an existing firmware image created by binman,
563 provided that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example:
564
565     $ binman extract -i image.bin section/cbfs/u-boot
566
567 which will write the uncompressed contents of that entry to the file 'u-boot' in
568 the current directory. You can also extract to a particular file, in this case
569 u-boot.bin:
570
571     $ binman extract -i image.bin section/cbfs/u-boot -f u-boot.bin
572
573 It is possible to extract all files into a destination directory, which will
574 put files in subdirectories matching the entry hierarchy:
575
576     $ binman extract -i image.bin -O outdir
577
578 or just a selection:
579
580     $ binman extract -i image.bin "*u-boot*" -O outdir
581
582
583 Replacing files in an image
584 ---------------------------
585
586 You can replace files in an existing firmware image created by binman, provided
587 that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example:
588
589     $ binman replace -i image.bin section/cbfs/u-boot
590
591 which will write the contents of the file 'u-boot' from the current directory
592 to the that entry, compressing if necessary. If the entry size changes, you must
593 add the 'allow-repack' property to the original image before generating it (see
594 above), otherwise you will get an error.
595
596 You can also use a particular file, in this case u-boot.bin:
597
598     $ binman replace -i image.bin section/cbfs/u-boot -f u-boot.bin
599
600 It is possible to replace all files from a source directory which uses the same
601 hierarchy as the entries:
602
603     $ binman replace -i image.bin -I indir
604
605 Files that are missing will generate a warning.
606
607 You can also replace just a selection of entries:
608
609     $ binman replace -i image.bin "*u-boot*" -I indir
610
611
612 Logging
613 -------
614
615 Binman normally operates silently unless there is an error, in which case it
616 just displays the error. The -D/--debug option can be used to create a full
617 backtrace when errors occur.
618
619 Internally binman logs some output while it is running. This can be displayed
620 by increasing the -v/--verbosity from the default of 1:
621
622    0: silent
623    1: warnings only
624    2: notices (important messages)
625    3: info about major operations
626    4: detailed information about each operation
627    5: debug (all output)
628
629
630 Hashing Entries
631 ---------------
632
633 It is possible to ask binman to hash the contents of an entry and write that
634 value back to the device-tree node. For example:
635
636         binman {
637                 u-boot {
638                         hash {
639                                 algo = "sha256";
640                         };
641                 };
642         };
643
644 Here, a new 'value' property will be written to the 'hash' node containing
645 the hash of the 'u-boot' entry. Only SHA256 is supported at present. Whole
646 sections can be hased if desired, by adding the 'hash' node to the section.
647
648 The has value can be chcked at runtime by hashing the data actually read and
649 comparing this has to the value in the device tree.
650
651
652 Order of image creation
653 -----------------------
654
655 Image creation proceeds in the following order, for each entry in the image.
656
657 1. AddMissingProperties() - binman can add calculated values to the device
658 tree as part of its processing, for example the offset and size of each
659 entry. This method adds any properties associated with this, expanding the
660 device tree as needed. These properties can have placeholder values which are
661 set later by SetCalculatedProperties(). By that stage the size of sections
662 cannot be changed (since it would cause the images to need to be repacked),
663 but the correct values can be inserted.
664
665 2. ProcessFdt() - process the device tree information as required by the
666 particular entry. This may involve adding or deleting properties. If the
667 processing is complete, this method should return True. If the processing
668 cannot complete because it needs the ProcessFdt() method of another entry to
669 run first, this method should return False, in which case it will be called
670 again later.
671
672 3. GetEntryContents() - the contents of each entry are obtained, normally by
673 reading from a file. This calls the Entry.ObtainContents() to read the
674 contents. The default version of Entry.ObtainContents() calls
675 Entry.GetDefaultFilename() and then reads that file. So a common mechanism
676 to select a file to read is to override that function in the subclass. The
677 functions must return True when they have read the contents. Binman will
678 retry calling the functions a few times if False is returned, allowing
679 dependencies between the contents of different entries.
680
681 4. GetEntryOffsets() - calls Entry.GetOffsets() for each entry. This can
682 return a dict containing entries that need updating. The key should be the
683 entry name and the value is a tuple (offset, size). This allows an entry to
684 provide the offset and size for other entries. The default implementation
685 of GetEntryOffsets() returns {}.
686
687 5. PackEntries() - calls Entry.Pack() which figures out the offset and
688 size of an entry. The 'current' image offset is passed in, and the function
689 returns the offset immediately after the entry being packed. The default
690 implementation of Pack() is usually sufficient.
691
692 6. CheckSize() - checks that the contents of all the entries fits within
693 the image size. If the image does not have a defined size, the size is set
694 large enough to hold all the entries.
695
696 7. CheckEntries() - checks that the entries do not overlap, nor extend
697 outside the image.
698
699 8. SetImagePos() - sets the image position of every entry. This is the absolute
700 position 'image-pos', as opposed to 'offset' which is relative to the containing
701 section. This must be done after all offsets are known, which is why it is quite
702 late in the ordering.
703
704 9. SetCalculatedProperties() - update any calculated properties in the device
705 tree. This sets the correct 'offset' and 'size' vaues, for example.
706
707 10. ProcessEntryContents() - this calls Entry.ProcessContents() on each entry.
708 The default implementatoin does nothing. This can be overriden to adjust the
709 contents of an entry in some way. For example, it would be possible to create
710 an entry containing a hash of the contents of some other entries. At this
711 stage the offset and size of entries should not be adjusted unless absolutely
712 necessary, since it requires a repack (going back to PackEntries()).
713
714 11. ResetForPack() - if the ProcessEntryContents() step failed, in that an entry
715 has changed its size, then there is no alternative but to go back to step 5 and
716 try again, repacking the entries with the updated size. ResetForPack() removes
717 the fixed offset/size values added by binman, so that the packing can start from
718 scratch.
719
720 12. WriteSymbols() - write the value of symbols into the U-Boot SPL binary.
721 See 'Access to binman entry offsets at run time' below for a description of
722 what happens in this stage.
723
724 13. BuildImage() - builds the image and writes it to a file
725
726 14. WriteMap() - writes a text file containing a map of the image. This is the
727 final step.
728
729
730 Automatic .dtsi inclusion
731 -------------------------
732
733 It is sometimes inconvenient to add a 'binman' node to the .dts file for each
734 board. This can be done by using #include to bring in a common file. Another
735 approach supported by the U-Boot build system is to automatically include
736 a common header. You can then put the binman node (and anything else that is
737 specific to U-Boot, such as u-boot,dm-pre-reloc properies) in that header
738 file.
739
740 Binman will search for the following files in arch/<arch>/dts:
741
742    <dts>-u-boot.dtsi where <dts> is the base name of the .dts file
743    <CONFIG_SYS_SOC>-u-boot.dtsi
744    <CONFIG_SYS_CPU>-u-boot.dtsi
745    <CONFIG_SYS_VENDOR>-u-boot.dtsi
746    u-boot.dtsi
747
748 U-Boot will only use the first one that it finds. If you need to include a
749 more general file you can do that from the more specific file using #include.
750 If you are having trouble figuring out what is going on, you can uncomment
751 the 'warning' line in scripts/Makefile.lib to see what it has found:
752
753    # Uncomment for debugging
754    # This shows all the files that were considered and the one that we chose.
755    # u_boot_dtsi_options_debug = $(u_boot_dtsi_options_raw)
756
757
758 Access to binman entry offsets at run time (symbols)
759 ----------------------------------------------------
760
761 Binman assembles images and determines where each entry is placed in the image.
762 This information may be useful to U-Boot at run time. For example, in SPL it
763 is useful to be able to find the location of U-Boot so that it can be executed
764 when SPL is finished.
765
766 Binman allows you to declare symbols in the SPL image which are filled in
767 with their correct values during the build. For example:
768
769     binman_sym_declare(ulong, u_boot_any, image_pos);
770
771 declares a ulong value which will be assigned to the image-pos of any U-Boot
772 image (u-boot.bin, u-boot.img, u-boot-nodtb.bin) that is present in the image.
773 You can access this value with something like:
774
775     ulong u_boot_offset = binman_sym(ulong, u_boot_any, image_pos);
776
777 Thus u_boot_offset will be set to the image-pos of U-Boot in memory, assuming
778 that the whole image has been loaded, or is available in flash. You can then
779 jump to that address to start U-Boot.
780
781 At present this feature is only supported in SPL and TPL. In principle it is
782 possible to fill in such symbols in U-Boot proper, as well, but a future C
783 library is planned for this instead, to read from the device tree.
784
785 As well as image-pos, it is possible to read the size of an entry and its
786 offset (which is the start position of the entry within its parent).
787
788 A small technical note: Binman automatically adds the base address of the image
789 (i.e. __image_copy_start) to the value of the image-pos symbol, so that when the
790 image is loaded to its linked address, the value will be correct and actually
791 point into the image.
792
793 For example, say SPL is at the start of the image and linked to start at address
794 80108000. If U-Boot's image-pos is 0x8000 then binman will write an image-pos
795 for U-Boot of 80110000 into the SPL binary, since it assumes the image is loaded
796 to 80108000, with SPL at 80108000 and U-Boot at 80110000.
797
798 For x86 devices (with the end-at-4gb property) this base address is not added
799 since it is assumed that images are XIP and the offsets already include the
800 address.
801
802
803 Access to binman entry offsets at run time (fdt)
804 ------------------------------------------------
805
806 Binman can update the U-Boot FDT to include the final position and size of
807 each entry in the images it processes. The option to enable this is -u and it
808 causes binman to make sure that the 'offset', 'image-pos' and 'size' properties
809 are set correctly for every entry. Since it is not necessary to specify these in
810 the image definition, binman calculates the final values and writes these to
811 the device tree. These can be used by U-Boot at run-time to find the location
812 of each entry.
813
814 Alternatively, an FDT map entry can be used to add a special FDT containing
815 just the information about the image. This is preceded by a magic string so can
816 be located anywhere in the image. An image header (typically at the start or end
817 of the image) can be used to point to the FDT map. See fdtmap and image-header
818 entries for more information.
819
820
821 Compression
822 -----------
823
824 Binman support compression for 'blob' entries (those of type 'blob' and
825 derivatives). To enable this for an entry, add a 'compress' property:
826
827     blob {
828         filename = "datafile";
829         compress = "lz4";
830     };
831
832 The entry will then contain the compressed data, using the 'lz4' compression
833 algorithm. Currently this is the only one that is supported. The uncompressed
834 size is written to the node in an 'uncomp-size' property, if -u is used.
835
836
837
838 Map files
839 ---------
840
841 The -m option causes binman to output a .map file for each image that it
842 generates. This shows the offset and size of each entry. For example:
843
844       Offset      Size  Name
845     00000000  00000028  main-section
846      00000000  00000010  section@0
847       00000000  00000004  u-boot
848      00000010  00000010  section@1
849       00000000  00000004  u-boot
850
851 This shows a hierarchical image with two sections, each with a single entry. The
852 offsets of the sections are absolute hex byte offsets within the image. The
853 offsets of the entries are relative to their respective sections. The size of
854 each entry is also shown, in bytes (hex). The indentation shows the entries
855 nested inside their sections.
856
857
858 Passing command-line arguments to entries
859 -----------------------------------------
860
861 Sometimes it is useful to pass binman the value of an entry property from the
862 command line. For example some entries need access to files and it is not
863 always convenient to put these filenames in the image definition (device tree).
864
865 The-a option supports this:
866
867     -a<prop>=<value>
868
869 where
870
871     <prop> is the property to set
872     <value> is the value to set it to
873
874 Not all properties can be provided this way. Only some entries support it,
875 typically for filenames.
876
877
878 External tools
879 --------------
880
881 Binman can make use of external command-line tools to handle processing of
882 entry contents or to generate entry contents. These tools are executed using
883 the 'tools' module's Run() method. The tools generally must exist on the PATH,
884 but the --toolpath option can be used to specify additional search paths to
885 use. This option can be specified multiple times to add more than one path.
886
887
888 Code coverage
889 -------------
890
891 Binman is a critical tool and is designed to be very testable. Entry
892 implementations target 100% test coverage. Run 'binman test -T' to check this.
893
894 To enable Python test coverage on Debian-type distributions (e.g. Ubuntu):
895
896    $ sudo apt-get install python-coverage python3-coverage python-pytest
897
898
899 Concurrent tests
900 ----------------
901
902 Binman tries to run tests concurrently. This means that the tests make use of
903 all available CPUs to run.
904
905  To enable this:
906
907    $ sudo apt-get install python-subunit python3-subunit
908
909 Use '-P 1' to disable this. It is automatically disabled when code coverage is
910 being used (-T) since they are incompatible.
911
912
913 Debugging tests
914 ---------------
915
916 Sometimes when debugging tests it is useful to keep the input and output
917 directories so they can be examined later. Use -X or --test-preserve-dirs for
918 this.
919
920
921 Advanced Features / Technical docs
922 ----------------------------------
923
924 The behaviour of entries is defined by the Entry class. All other entries are
925 a subclass of this. An important subclass is Entry_blob which takes binary
926 data from a file and places it in the entry. In fact most entry types are
927 subclasses of Entry_blob.
928
929 Each entry type is a separate file in the tools/binman/etype directory. Each
930 file contains a class called Entry_<type> where <type> is the entry type.
931 New entry types can be supported by adding new files in that directory.
932 These will automatically be detected by binman when needed.
933
934 Entry properties are documented in entry.py. The entry subclasses are free
935 to change the values of properties to support special behaviour. For example,
936 when Entry_blob loads a file, it sets content_size to the size of the file.
937 Entry classes can adjust other entries. For example, an entry that knows
938 where other entries should be positioned can set up those entries' offsets
939 so they don't need to be set in the binman decription. It can also adjust
940 entry contents.
941
942 Most of the time such essoteric behaviour is not needed, but it can be
943 essential for complex images.
944
945 If you need to specify a particular device-tree compiler to use, you can define
946 the DTC environment variable. This can be useful when the system dtc is too
947 old.
948
949 To enable a full backtrace and other debugging features in binman, pass
950 BINMAN_DEBUG=1 to your build:
951
952    make qemu-x86_defconfig
953    make BINMAN_DEBUG=1
954
955 To enable verbose logging from binman, base BINMAN_VERBOSE to your build, which
956 adds a -v<level> option to the call to binman:
957
958    make qemu-x86_defconfig
959    make BINMAN_VERBOSE=5
960
961
962 History / Credits
963 -----------------
964
965 Binman takes a lot of inspiration from a Chrome OS tool called
966 'cros_bundle_firmware', which I wrote some years ago. That tool was based on
967 a reasonably simple and sound design but has expanded greatly over the
968 years. In particular its handling of x86 images is convoluted.
969
970 Quite a few lessons have been learned which are hopefully applied here.
971
972
973 Design notes
974 ------------
975
976 On the face of it, a tool to create firmware images should be fairly simple:
977 just find all the input binaries and place them at the right place in the
978 image. The difficulty comes from the wide variety of input types (simple
979 flat binaries containing code, packaged data with various headers), packing
980 requirments (alignment, spacing, device boundaries) and other required
981 features such as hierarchical images.
982
983 The design challenge is to make it easy to create simple images, while
984 allowing the more complex cases to be supported. For example, for most
985 images we don't much care exactly where each binary ends up, so we should
986 not have to specify that unnecessarily.
987
988 New entry types should aim to provide simple usage where possible. If new
989 core features are needed, they can be added in the Entry base class.
990
991
992 To do
993 -----
994
995 Some ideas:
996 - Use of-platdata to make the information available to code that is unable
997   to use device tree (such as a very small SPL image)
998 - Allow easy building of images by specifying just the board name
999 - Support building an image for a board (-b) more completely, with a
1000   configurable build directory
1001 - Support adding FITs to an image
1002 - Support for ARM Trusted Firmware (ATF)
1003 - Detect invalid properties in nodes
1004 - Sort the fdtmap by offset
1005
1006 --
1007 Simon Glass <sjg@chromium.org>
1008 7/7/2016