Merge branch 'master' of git://www.denx.de/git/u-boot-imx
[platform/kernel/u-boot.git] / doc / README.x86
1 #
2 # Copyright (C) 2014, Simon Glass <sjg@chromium.org>
3 # Copyright (C) 2014, Bin Meng <bmeng.cn@gmail.com>
4 #
5 # SPDX-License-Identifier:      GPL-2.0+
6 #
7
8 U-Boot on x86
9 =============
10
11 This document describes the information about U-Boot running on x86 targets,
12 including supported boards, build instructions, todo list, etc.
13
14 Status
15 ------
16 U-Boot supports running as a coreboot [1] payload on x86. So far only Link
17 (Chromebook Pixel) and QEMU [2] x86 targets have been tested, but it should
18 work with minimal adjustments on other x86 boards since coreboot deals with
19 most of the low-level details.
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. Currently Link, QEMU x86
24 targets and all Intel boards support running U-Boot 'bare metal'.
25
26 As for loading an OS, U-Boot supports directly booting a 32-bit or 64-bit
27 Linux kernel as part of a FIT image. It also supports a compressed zImage.
28 U-Boot supports loading an x86 VxWorks kernel. Please check README.vxworks
29 for more details.
30
31 Build Instructions for U-Boot as coreboot payload
32 -------------------------------------------------
33 Building U-Boot as a coreboot payload is just like building U-Boot for targets
34 on other architectures, like below:
35
36 $ make coreboot-x86_defconfig
37 $ make all
38
39 Note this default configuration will build a U-Boot payload for the QEMU board.
40 To build a coreboot payload against another board, you can change the build
41 configuration during the 'make menuconfig' process.
42
43 x86 architecture  --->
44         ...
45         (qemu-x86) Board configuration file
46         (qemu-x86_i440fx) Board Device Tree Source (dts) file
47         (0x01920000) Board specific Cache-As-RAM (CAR) address
48         (0x4000) Board specific Cache-As-RAM (CAR) size
49
50 Change the 'Board configuration file' and 'Board Device Tree Source (dts) file'
51 to point to a new board. You can also change the Cache-As-RAM (CAR) related
52 settings here if the default values do not fit your new board.
53
54 Build Instructions for U-Boot as BIOS replacement (bare mode)
55 -------------------------------------------------------------
56 Building a ROM version of U-Boot (hereafter referred to as u-boot.rom) is a
57 little bit tricky, as generally it requires several binary blobs which are not
58 shipped in the U-Boot source tree. Due to this reason, the u-boot.rom build is
59 not turned on by default in the U-Boot source tree. Firstly, you need turn it
60 on by enabling the ROM build:
61
62 $ export BUILD_ROM=y
63
64 This tells 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 Intel Crown Bay specific instructions for bare mode:
100
101 U-Boot support of Intel Crown Bay board [4] relies on a binary blob called
102 Firmware Support Package [5] to perform all the necessary initialization steps
103 as documented in the BIOS Writer Guide, including initialization of the CPU,
104 memory controller, chipset and certain bus interfaces.
105
106 Download the Intel FSP for Atom E6xx series and Platform Controller Hub EG20T,
107 install it on your host and locate the FSP binary blob. Note this platform
108 also requires a Chipset Micro Code (CMC) state machine binary to be present in
109 the SPI flash where u-boot.rom resides, and this CMC binary blob can be found
110 in this FSP package too.
111
112 * ./FSP/QUEENSBAY_FSP_GOLD_001_20-DECEMBER-2013.fd
113 * ./Microcode/C0_22211.BIN
114
115 Rename the first one to fsp.bin and second one to cmc.bin and put them in the
116 board directory.
117
118 Note the FSP release version 001 has a bug which could cause random endless
119 loop during the FspInit call. This bug was published by Intel although Intel
120 did not describe any details. We need manually apply the patch to the FSP
121 binary using any hex editor (eg: bvi). Go to the offset 0x1fcd8 of the FSP
122 binary, change the following five bytes values from orginally E8 42 FF FF FF
123 to B8 00 80 0B 00.
124
125 As for the video ROM, you need manually extract it from the Intel provided
126 BIOS for Crown Bay here [6], using the AMI MMTool [7]. Check PCI option ROM
127 ID 8086:4108, extract and save it as vga.bin in the board directory.
128
129 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
130
131 $ make crownbay_defconfig
132 $ make all
133
134 ---
135
136 Intel Cougar Canyon 2 specific instructions for bare mode:
137
138 This uses Intel FSP for 3rd generation Intel Core and Intel Celeron processors
139 with mobile Intel HM76 and QM77 chipsets platform. Download it from Intel FSP
140 website and put the .fd file (CHIEFRIVER_FSP_GOLD_001_09-OCTOBER-2013.fd at the
141 time of writing) in the board directory and rename it to fsp.bin.
142
143 Now build U-Boot and obtain u-boot.rom
144
145 $ make cougarcanyon2_defconfig
146 $ make all
147
148 The board has two 8MB SPI flashes mounted, which are called SPI-0 and SPI-1 in
149 the board manual. The SPI-0 flash should have flash descriptor plus ME firmware
150 and SPI-1 flash is used to store U-Boot. For convenience, the complete 8MB SPI-0
151 flash image is included in the FSP package (named Rom00_8M_MB_PPT.bin). Program
152 this image to the SPI-0 flash according to the board manual just once and we are
153 all set. For programming U-Boot we just need to program SPI-1 flash.
154
155 ---
156
157 Intel Bay Trail based board instructions for bare mode:
158
159 This uses as FSP as with Crown Bay, except it is for the Atom E3800 series.
160 Two boards that use this configuration are Bayley Bay and Minnowboard MAX.
161 Download this and get the .fd file (BAYTRAIL_FSP_GOLD_003_16-SEP-2014.fd at
162 the time of writing). Put it in the corresponding board directory and rename
163 it to fsp.bin.
164
165 Obtain the VGA RAM (Vga.dat at the time of writing) and put it into the same
166 board directory as vga.bin.
167
168 You still need two more binary blobs. For Bayley Bay, they can be extracted
169 from the sample SPI image provided in the FSP (SPI.bin at the time of writing).
170
171    $ ./tools/ifdtool -x BayleyBay/SPI.bin
172    $ cp flashregion_0_flashdescriptor.bin board/intel/bayleybay/descriptor.bin
173    $ cp flashregion_2_intel_me.bin board/intel/bayleybay/me.bin
174
175 For Minnowboard MAX, we can reuse the same ME firmware above, but for flash
176 descriptor, we need get that somewhere else, as the one above does not seem to
177 work, probably because it is not designed for the Minnowboard MAX. Now download
178 the original firmware image for this board from:
179
180 http://firmware.intel.com/sites/default/files/2014-WW42.4-MinnowBoardMax.73-64-bit.bin_Release.zip
181
182 Unzip it:
183
184    $ unzip 2014-WW42.4-MinnowBoardMax.73-64-bit.bin_Release.zip
185
186 Use ifdtool in the U-Boot tools directory to extract the images from that
187 file, for example:
188
189    $ ./tools/ifdtool -x MNW2MAX1.X64.0073.R02.1409160934.bin
190
191 This will provide the descriptor file - copy this into the correct place:
192
193    $ cp flashregion_0_flashdescriptor.bin board/intel/minnowmax/descriptor.bin
194
195 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
196 Note: below are examples/information for Minnowboard MAX.
197
198 $ make minnowmax_defconfig
199 $ make all
200
201 Checksums are as follows (but note that newer versions will invalidate this):
202
203 $ md5sum -b board/intel/minnowmax/*.bin
204 ffda9a3b94df5b74323afb328d51e6b4  board/intel/minnowmax/descriptor.bin
205 69f65b9a580246291d20d08cbef9d7c5  board/intel/minnowmax/fsp.bin
206 894a97d371544ec21de9c3e8e1716c4b  board/intel/minnowmax/me.bin
207 a2588537da387da592a27219d56e9962  board/intel/minnowmax/vga.bin
208
209 The ROM image is broken up into these parts:
210
211 Offset   Description         Controlling config
212 ------------------------------------------------------------
213 000000   descriptor.bin      Hard-coded to 0 in ifdtool
214 001000   me.bin              Set by the descriptor
215 500000   <spare>
216 6f0000   MRC cache           CONFIG_ENABLE_MRC_CACHE
217 700000   u-boot-dtb.bin      CONFIG_SYS_TEXT_BASE
218 790000   vga.bin             CONFIG_VGA_BIOS_ADDR
219 7c0000   fsp.bin             CONFIG_FSP_ADDR
220 7f8000   <spare>             (depends on size of fsp.bin)
221 7fe000   Environment         CONFIG_ENV_OFFSET
222 7ff800   U-Boot 16-bit boot  CONFIG_SYS_X86_START16
223
224 Overall ROM image size is controlled by CONFIG_ROM_SIZE.
225
226 ---
227
228 Intel Galileo instructions for bare mode:
229
230 Only one binary blob is needed for Remote Management Unit (RMU) within Intel
231 Quark SoC. Not like FSP, U-Boot does not call into the binary. The binary is
232 needed by the Quark SoC itself.
233
234 You can get the binary blob from Quark Board Support Package from Intel website:
235
236 * ./QuarkSocPkg/QuarkNorthCluster/Binary/QuarkMicrocode/RMU.bin
237
238 Rename the file and put it to the board directory by:
239
240    $ cp RMU.bin board/intel/galileo/rmu.bin
241
242 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
243
244 $ make galileo_defconfig
245 $ make all
246
247 ---
248
249 QEMU x86 target instructions for bare mode:
250
251 To build u-boot.rom for QEMU x86 targets, just simply run
252
253 $ make qemu-x86_defconfig
254 $ make all
255
256 Note this default configuration will build a U-Boot for the QEMU x86 i440FX
257 board. To build a U-Boot against QEMU x86 Q35 board, you can change the build
258 configuration during the 'make menuconfig' process like below:
259
260 Device Tree Control  --->
261         ...
262         (qemu-x86_q35) Default Device Tree for DT control
263
264 Test with coreboot
265 ------------------
266 For testing U-Boot as the coreboot payload, there are things that need be paid
267 attention to. coreboot supports loading an ELF executable and a 32-bit plain
268 binary, as well as other supported payloads. With the default configuration,
269 U-Boot is set up to use a separate Device Tree Blob (dtb). As of today, the
270 generated u-boot-dtb.bin needs to be packaged by the cbfstool utility (a tool
271 provided by coreboot) manually as coreboot's 'make menuconfig' does not provide
272 this capability yet. The command is as follows:
273
274 # in the coreboot root directory
275 $ ./build/util/cbfstool/cbfstool build/coreboot.rom add-flat-binary \
276   -f u-boot-dtb.bin -n fallback/payload -c lzma -l 0x1110000 -e 0x1110000
277
278 Make sure 0x1110000 matches CONFIG_SYS_TEXT_BASE, which is the symbol address
279 of _x86boot_start (in arch/x86/cpu/start.S).
280
281 If you want to use ELF as the coreboot payload, change U-Boot configuration to
282 use CONFIG_OF_EMBED instead of CONFIG_OF_SEPARATE.
283
284 To enable video you must enable these options in coreboot:
285
286    - Set framebuffer graphics resolution (1280x1024 32k-color (1:5:5))
287    - Keep VESA framebuffer
288
289 At present it seems that for Minnowboard Max, coreboot does not pass through
290 the video information correctly (it always says the resolution is 0x0). This
291 works correctly for link though.
292
293 Test with QEMU for bare mode
294 ----------------------------
295 QEMU is a fancy emulator that can enable us to test U-Boot without access to
296 a real x86 board. Please make sure your QEMU version is 2.3.0 or above test
297 U-Boot. To launch QEMU with u-boot.rom, call QEMU as follows:
298
299 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom
300
301 This will instantiate an emulated x86 board with i440FX and PIIX chipset. QEMU
302 also supports emulating an x86 board with Q35 and ICH9 based chipset, which is
303 also supported by U-Boot. To instantiate such a machine, call QEMU with:
304
305 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom -M q35
306
307 Note by default QEMU instantiated boards only have 128 MiB system memory. But
308 it is enough to have U-Boot boot and function correctly. You can increase the
309 system memory by pass '-m' parameter to QEMU if you want more memory:
310
311 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom -m 1024
312
313 This creates a board with 1 GiB system memory. Currently U-Boot for QEMU only
314 supports 3 GiB maximum system memory and reserves the last 1 GiB address space
315 for PCI device memory-mapped I/O and other stuff, so the maximum value of '-m'
316 would be 3072.
317
318 QEMU emulates a graphic card which U-Boot supports. Removing '-nographic' will
319 show QEMU's VGA console window. Note this will disable QEMU's serial output.
320 If you want to check both consoles, use '-serial stdio'.
321
322 Multicore is also supported by QEMU via '-smp n' where n is the number of cores
323 to instantiate. Note, the maximum supported CPU number in QEMU is 255.
324
325 The fw_cfg interface in QEMU also provides information about kernel data, initrd,
326 command-line arguments and more. U-Boot supports directly accessing these informtion
327 from fw_cfg interface, this saves the time of loading them from hard disk or
328 network again, through emulated devices. To use it , simply providing them in
329 QEMU command line:
330
331 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom -m 1024 -kernel /path/to/bzImage
332     -append 'root=/dev/ram console=ttyS0' -initrd /path/to/initrd -smp 8
333
334 Note: -initrd and -smp are both optional
335
336 Then start QEMU, in U-Boot command line use the following U-Boot command to setup kernel:
337
338  => qfw
339 qfw - QEMU firmware interface
340
341 Usage:
342 qfw <command>
343     - list                             : print firmware(s) currently loaded
344     - cpus                             : print online cpu number
345     - load <kernel addr> <initrd addr> : load kernel and initrd (if any) and setup for zboot
346
347 => qfw load
348 loading kernel to address 01000000 size 5d9d30 initrd 04000000 size 1b1ab50
349
350 Here the kernel (bzImage) is loaded to 01000000 and initrd is to 04000000. Then, 'zboot'
351 can be used to boot the kernel:
352
353 => zboot 02000000 - 04000000 1b1ab50
354
355 CPU Microcode
356 -------------
357 Modern CPUs usually require a special bit stream called microcode [8] to be
358 loaded on the processor after power up in order to function properly. U-Boot
359 has already integrated these as hex dumps in the source tree.
360
361 SMP Support
362 -----------
363 On a multicore system, U-Boot is executed on the bootstrap processor (BSP).
364 Additional application processors (AP) can be brought up by U-Boot. In order to
365 have an SMP kernel to discover all of the available processors, U-Boot needs to
366 prepare configuration tables which contain the multi-CPUs information before
367 loading the OS kernel. Currently U-Boot supports generating two types of tables
368 for SMP, called Simple Firmware Interface (SFI) [9] and Multi-Processor (MP)
369 [10] tables. The writing of these two tables are controlled by two Kconfig
370 options GENERATE_SFI_TABLE and GENERATE_MP_TABLE.
371
372 Driver Model
373 ------------
374 x86 has been converted to use driver model for serial and GPIO.
375
376 Device Tree
377 -----------
378 x86 uses device tree to configure the board thus requires CONFIG_OF_CONTROL to
379 be turned on. Not every device on the board is configured via device tree, but
380 more and more devices will be added as time goes by. Check out the directory
381 arch/x86/dts/ for these device tree source files.
382
383 Useful Commands
384 ---------------
385 In keeping with the U-Boot philosophy of providing functions to check and
386 adjust internal settings, there are several x86-specific commands that may be
387 useful:
388
389 fsp  - Display information about Intel Firmware Support Package (FSP).
390          This is only available on platforms which use FSP, mostly Atom.
391 iod  - Display I/O memory
392 iow  - Write I/O memory
393 mtrr - List and set the Memory Type Range Registers (MTRR). These are used to
394          tell the CPU whether memory is cacheable and if so the cache write
395          mode to use. U-Boot sets up some reasonable values but you can
396          adjust then with this command.
397
398 Booting Ubuntu
399 --------------
400 As an example of how to set up your boot flow with U-Boot, here are
401 instructions for starting Ubuntu from U-Boot. These instructions have been
402 tested on Minnowboard MAX with a SATA driver but are equally applicable on
403 other platforms and other media. There are really only four steps and its a
404 very simple script, but a more detailed explanation is provided here for
405 completeness.
406
407 Note: It is possible to set up U-Boot to boot automatically using syslinux.
408 It could also use the grub.cfg file (/efi/ubuntu/grub.cfg) to obtain the
409 GUID. If you figure these out, please post patches to this README.
410
411 Firstly, you will need Ubunutu installed on an available disk. It should be
412 possible to make U-Boot start a USB start-up disk but for now let's assume
413 that you used another boot loader to install Ubuntu.
414
415 Use the U-Boot command line to find the UUID of the partition you want to
416 boot. For example our disk is SCSI device 0:
417
418 => part list scsi 0
419
420 Partition Map for SCSI device 0  --   Partition Type: EFI
421
422    Part Start LBA       End LBA         Name
423         Attributes
424         Type GUID
425         Partition GUID
426    1    0x00000800      0x001007ff      ""
427         attrs:  0x0000000000000000
428         type:   c12a7328-f81f-11d2-ba4b-00a0c93ec93b
429         guid:   9d02e8e4-4d59-408f-a9b0-fd497bc9291c
430    2    0x00100800      0x037d8fff      ""
431         attrs:  0x0000000000000000
432         type:   0fc63daf-8483-4772-8e79-3d69d8477de4
433         guid:   965c59ee-1822-4326-90d2-b02446050059
434    3    0x037d9000      0x03ba27ff      ""
435         attrs:  0x0000000000000000
436         type:   0657fd6d-a4ab-43c4-84e5-0933c84b4f4f
437         guid:   2c4282bd-1e82-4bcf-a5ff-51dedbf39f17
438    =>
439
440 This shows that your SCSI disk has three partitions. The really long hex
441 strings are called Globally Unique Identifiers (GUIDs). You can look up the
442 'type' ones here [11]. On this disk the first partition is for EFI and is in
443 VFAT format (DOS/Windows):
444
445    => fatls scsi 0:1
446                efi/
447
448    0 file(s), 1 dir(s)
449
450
451 Partition 2 is 'Linux filesystem data' so that will be our root disk. It is
452 in ext2 format:
453
454    => ext2ls scsi 0:2
455    <DIR>       4096 .
456    <DIR>       4096 ..
457    <DIR>      16384 lost+found
458    <DIR>       4096 boot
459    <DIR>      12288 etc
460    <DIR>       4096 media
461    <DIR>       4096 bin
462    <DIR>       4096 dev
463    <DIR>       4096 home
464    <DIR>       4096 lib
465    <DIR>       4096 lib64
466    <DIR>       4096 mnt
467    <DIR>       4096 opt
468    <DIR>       4096 proc
469    <DIR>       4096 root
470    <DIR>       4096 run
471    <DIR>      12288 sbin
472    <DIR>       4096 srv
473    <DIR>       4096 sys
474    <DIR>       4096 tmp
475    <DIR>       4096 usr
476    <DIR>       4096 var
477    <SYM>         33 initrd.img
478    <SYM>         30 vmlinuz
479    <DIR>       4096 cdrom
480    <SYM>         33 initrd.img.old
481    =>
482
483 and if you look in the /boot directory you will see the kernel:
484
485    => ext2ls scsi 0:2 /boot
486    <DIR>       4096 .
487    <DIR>       4096 ..
488    <DIR>       4096 efi
489    <DIR>       4096 grub
490             3381262 System.map-3.13.0-32-generic
491             1162712 abi-3.13.0-32-generic
492              165611 config-3.13.0-32-generic
493              176500 memtest86+.bin
494              178176 memtest86+.elf
495              178680 memtest86+_multiboot.bin
496             5798112 vmlinuz-3.13.0-32-generic
497              165762 config-3.13.0-58-generic
498             1165129 abi-3.13.0-58-generic
499             5823136 vmlinuz-3.13.0-58-generic
500            19215259 initrd.img-3.13.0-58-generic
501             3391763 System.map-3.13.0-58-generic
502             5825048 vmlinuz-3.13.0-58-generic.efi.signed
503            28304443 initrd.img-3.13.0-32-generic
504    =>
505
506 The 'vmlinuz' files contain a packaged Linux kernel. The format is a kind of
507 self-extracting compressed file mixed with some 'setup' configuration data.
508 Despite its size (uncompressed it is >10MB) this only includes a basic set of
509 device drivers, enough to boot on most hardware types.
510
511 The 'initrd' files contain a RAM disk. This is something that can be loaded
512 into RAM and will appear to Linux like a disk. Ubuntu uses this to hold lots
513 of drivers for whatever hardware you might have. It is loaded before the
514 real root disk is accessed.
515
516 The numbers after the end of each file are the version. Here it is Linux
517 version 3.13. You can find the source code for this in the Linux tree with
518 the tag v3.13. The '.0' allows for additional Linux releases to fix problems,
519 but normally this is not needed. The '-58' is used by Ubuntu. Each time they
520 release a new kernel they increment this number. New Ubuntu versions might
521 include kernel patches to fix reported bugs. Stable kernels can exist for
522 some years so this number can get quite high.
523
524 The '.efi.signed' kernel is signed for EFI's secure boot. U-Boot has its own
525 secure boot mechanism - see [12] [13] and cannot read .efi files at present.
526
527 To boot Ubuntu from U-Boot the steps are as follows:
528
529 1. Set up the boot arguments. Use the GUID for the partition you want to
530 boot:
531
532    => setenv bootargs root=/dev/disk/by-partuuid/965c59ee-1822-4326-90d2-b02446050059 ro
533
534 Here root= tells Linux the location of its root disk. The disk is specified
535 by its GUID, using '/dev/disk/by-partuuid/', a Linux path to a 'directory'
536 containing all the GUIDs Linux has found. When it starts up, there will be a
537 file in that directory with this name in it. It is also possible to use a
538 device name here, see later.
539
540 2. Load the kernel. Since it is an ext2/4 filesystem we can do:
541
542    => ext2load scsi 0:2 03000000 /boot/vmlinuz-3.13.0-58-generic
543
544 The address 30000000 is arbitrary, but there seem to be problems with using
545 small addresses (sometimes Linux cannot find the ramdisk). This is 48MB into
546 the start of RAM (which is at 0 on x86).
547
548 3. Load the ramdisk (to 64MB):
549
550    => ext2load scsi 0:2 04000000 /boot/initrd.img-3.13.0-58-generic
551
552 4. Start up the kernel. We need to know the size of the ramdisk, but can use
553 a variable for that. U-Boot sets 'filesize' to the size of the last file it
554 loaded.
555
556    => zboot 03000000 0 04000000 ${filesize}
557
558 Type 'help zboot' if you want to see what the arguments are. U-Boot on x86 is
559 quite verbose when it boots a kernel. You should see these messages from
560 U-Boot:
561
562    Valid Boot Flag
563    Setup Size = 0x00004400
564    Magic signature found
565    Using boot protocol version 2.0c
566    Linux kernel version 3.13.0-58-generic (buildd@allspice) #97-Ubuntu SMP Wed Jul 8 02:56:15 UTC 2015
567    Building boot_params at 0x00090000
568    Loading bzImage at address 100000 (5805728 bytes)
569    Magic signature found
570    Initial RAM disk at linear address 0x04000000, size 19215259 bytes
571    Kernel command line: "console=ttyS0,115200 root=/dev/disk/by-partuuid/965c59ee-1822-4326-90d2-b02446050059 ro"
572
573    Starting kernel ...
574
575 U-Boot prints out some bootstage timing. This is more useful if you put the
576 above commands into a script since then it will be faster.
577
578    Timer summary in microseconds:
579           Mark    Elapsed  Stage
580              0          0  reset
581        241,535    241,535  board_init_r
582      2,421,611  2,180,076  id=64
583      2,421,790        179  id=65
584      2,428,215      6,425  main_loop
585     48,860,584 46,432,369  start_kernel
586
587    Accumulated time:
588                   240,329  ahci
589                 1,422,704  vesa display
590
591 Now the kernel actually starts:
592
593    [    0.000000] Initializing cgroup subsys cpuset
594    [    0.000000] Initializing cgroup subsys cpu
595    [    0.000000] Initializing cgroup subsys cpuacct
596    [    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)
597    [    0.000000] Command line: console=ttyS0,115200 root=/dev/disk/by-partuuid/965c59ee-1822-4326-90d2-b02446050059 ro
598
599 It continues for a long time. Along the way you will see it pick up your
600 ramdisk:
601
602    [    0.000000] RAMDISK: [mem 0x04000000-0x05253fff]
603 ...
604    [    0.788540] Trying to unpack rootfs image as initramfs...
605    [    1.540111] Freeing initrd memory: 18768K (ffff880004000000 - ffff880005254000)
606 ...
607
608 Later it actually starts using it:
609
610    Begin: Running /scripts/local-premount ... done.
611
612 You should also see your boot disk turn up:
613
614    [    4.357243] scsi 1:0:0:0: Direct-Access     ATA      ADATA SP310      5.2  PQ: 0 ANSI: 5
615    [    4.366860] sd 1:0:0:0: [sda] 62533296 512-byte logical blocks: (32.0 GB/29.8 GiB)
616    [    4.375677] sd 1:0:0:0: Attached scsi generic sg0 type 0
617    [    4.381859] sd 1:0:0:0: [sda] Write Protect is off
618    [    4.387452] sd 1:0:0:0: [sda] Write cache: enabled, read cache: enabled, doesn't support DPO or FUA
619    [    4.399535]  sda: sda1 sda2 sda3
620
621 Linux has found the three partitions (sda1-3). Mercifully it doesn't print out
622 the GUIDs. In step 1 above we could have used:
623
624    setenv bootargs root=/dev/sda2 ro
625
626 instead of the GUID. However if you add another drive to your board the
627 numbering may change whereas the GUIDs will not. So if your boot partition
628 becomes sdb2, it will still boot. For embedded systems where you just want to
629 boot the first disk, you have that option.
630
631 The last thing you will see on the console is mention of plymouth (which
632 displays the Ubuntu start-up screen) and a lot of 'Starting' messages:
633
634  * Starting Mount filesystems on boot                                    [ OK ]
635
636 After a pause you should see a login screen on your display and you are done.
637
638 If you want to put this in a script you can use something like this:
639
640    setenv bootargs root=UUID=b2aaf743-0418-4d90-94cc-3e6108d7d968 ro
641    setenv boot zboot 03000000 0 04000000 \${filesize}
642    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"
643    saveenv
644
645 The \ is to tell the shell not to evaluate ${filesize} as part of the setenv
646 command.
647
648 You will also need to add this to your board configuration file, e.g.
649 include/configs/minnowmax.h:
650
651    #define CONFIG_BOOTDELAY     2
652
653 Now when you reset your board it wait a few seconds (in case you want to
654 interrupt) and then should boot straight into Ubuntu.
655
656 You can also bake this behaviour into your build by hard-coding the
657 environment variables if you add this to minnowmax.h:
658
659 #undef CONFIG_BOOTARGS
660 #undef CONFIG_BOOTCOMMAND
661
662 #define CONFIG_BOOTARGS         \
663         "root=/dev/sda2 ro"
664 #define CONFIG_BOOTCOMMAND      \
665         "ext2load scsi 0:2 03000000 /boot/vmlinuz-3.13.0-58-generic; " \
666         "ext2load scsi 0:2 04000000 /boot/initrd.img-3.13.0-58-generic; " \
667         "run boot"
668
669 #undef CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
670 #define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS "boot=zboot 03000000 0 04000000 ${filesize}"
671
672
673 Development Flow
674 ----------------
675 These notes are for those who want to port U-Boot to a new x86 platform.
676
677 Since x86 CPUs boot from SPI flash, a SPI flash emulator is a good investment.
678 The Dediprog em100 can be used on Linux. The em100 tool is available here:
679
680    http://review.coreboot.org/p/em100.git
681
682 On Minnowboard Max the following command line can be used:
683
684    sudo em100 -s -p LOW -d u-boot.rom -c W25Q64DW -r
685
686 A suitable clip for connecting over the SPI flash chip is here:
687
688    http://www.dediprog.com/pd/programmer-accessories/EM-TC-8
689
690 This allows you to override the SPI flash contents for development purposes.
691 Typically you can write to the em100 in around 1200ms, considerably faster
692 than programming the real flash device each time. The only important
693 limitation of the em100 is that it only supports SPI bus speeds up to 20MHz.
694 This means that images must be set to boot with that speed. This is an
695 Intel-specific feature - e.g. tools/ifttool has an option to set the SPI
696 speed in the SPI descriptor region.
697
698 If your chip/board uses an Intel Firmware Support Package (FSP) it is fairly
699 easy to fit it in. You can follow the Minnowboard Max implementation, for
700 example. Hopefully you will just need to create new files similar to those
701 in arch/x86/cpu/baytrail which provide Bay Trail support.
702
703 If you are not using an FSP you have more freedom and more responsibility.
704 The ivybridge support works this way, although it still uses a ROM for
705 graphics and still has binary blobs containing Intel code. You should aim to
706 support all important peripherals on your platform including video and storage.
707 Use the device tree for configuration where possible.
708
709 For the microcode you can create a suitable device tree file using the
710 microcode tool:
711
712   ./tools/microcode-tool -d microcode.dat -m <model> create
713
714 or if you only have header files and not the full Intel microcode.dat database:
715
716   ./tools/microcode-tool -H BAY_TRAIL_FSP_KIT/Microcode/M0130673322.h \
717         -H BAY_TRAIL_FSP_KIT/Microcode/M0130679901.h \
718         -m all create
719
720 These are written to arch/x86/dts/microcode/ by default.
721
722 Note that it is possible to just add the micrcode for your CPU if you know its
723 model. U-Boot prints this information when it starts
724
725    CPU: x86_64, vendor Intel, device 30673h
726
727 so here we can use the M0130673322 file.
728
729 If you platform can display POST codes on two little 7-segment displays on
730 the board, then you can use post_code() calls from C or assembler to monitor
731 boot progress. This can be good for debugging.
732
733 If not, you can try to get serial working as early as possible. The early
734 debug serial port may be useful here. See setup_internal_uart() for an example.
735
736 During the U-Boot porting, one of the important steps is to write correct PIRQ
737 routing information in the board device tree. Without it, device drivers in the
738 Linux kernel won't function correctly due to interrupt is not working. Please
739 refer to U-Boot doc [14] for the device tree bindings of Intel interrupt router.
740 Here we have more details on the intel,pirq-routing property below.
741
742         intel,pirq-routing = <
743                 PCI_BDF(0, 2, 0) INTA PIRQA
744                 ...
745         >;
746
747 As you see each entry has 3 cells. For the first one, we need describe all pci
748 devices mounted on the board. For SoC devices, normally there is a chapter on
749 the chipset datasheet which lists all the available PCI devices. For example on
750 Bay Trail, this is chapter 4.3 (PCI configuration space). For the second one, we
751 can get the interrupt pin either from datasheet or hardware via U-Boot shell.
752 The reliable source is the hardware as sometimes chipset datasheet is not 100%
753 up-to-date. Type 'pci header' plus the device's pci bus/device/function number
754 from U-Boot shell below.
755
756   => pci header 0.1e.1
757     vendor ID =                 0x8086
758     device ID =                 0x0f08
759     ...
760     interrupt line =            0x09
761     interrupt pin =             0x04
762     ...
763
764 It shows this PCI device is using INTD pin as it reports 4 in the interrupt pin
765 register. Repeat this until you get interrupt pins for all the devices. The last
766 cell is the PIRQ line which a particular interrupt pin is mapped to. On Intel
767 chipset, the power-up default mapping is INTA/B/C/D maps to PIRQA/B/C/D. This
768 can be changed by registers in LPC bridge. So far Intel FSP does not touch those
769 registers so we can write down the PIRQ according to the default mapping rule.
770
771 Once we get the PIRQ routing information in the device tree, the interrupt
772 allocation and assignment will be done by U-Boot automatically. Now you can
773 enable CONFIG_GENERATE_PIRQ_TABLE for testing Linux kernel using i8259 PIC and
774 CONFIG_GENERATE_MP_TABLE for testing Linux kernel using local APIC and I/O APIC.
775
776 This script might be useful. If you feed it the output of 'pci long' from
777 U-Boot then it will generate a device tree fragment with the interrupt
778 configuration for each device (note it needs gawk 4.0.0):
779
780    $ cat console_output |awk '/PCI/ {device=$4} /interrupt line/ {line=$4} \
781         /interrupt pin/ {pin = $4; if (pin != "0x00" && pin != "0xff") \
782         {patsplit(device, bdf, "[0-9a-f]+"); \
783         printf "PCI_BDF(%d, %d, %d) INT%c PIRQ%c\n", strtonum("0x" bdf[1]), \
784         strtonum("0x" bdf[2]), bdf[3], strtonum(pin) + 64, 64 + strtonum(pin)}}'
785
786 Example output:
787    PCI_BDF(0, 2, 0) INTA PIRQA
788    PCI_BDF(0, 3, 0) INTA PIRQA
789 ...
790
791 Porting Hints
792 -------------
793
794 Quark-specific considerations:
795
796 To port U-Boot to other boards based on the Intel Quark SoC, a few things need
797 to be taken care of. The first important part is the Memory Reference Code (MRC)
798 parameters. Quark MRC supports memory-down configuration only. All these MRC
799 parameters are supplied via the board device tree. To get started, first copy
800 the MRC section of arch/x86/dts/galileo.dts to your board's device tree, then
801 change these values by consulting board manuals or your hardware vendor.
802 Available MRC parameter values are listed in include/dt-bindings/mrc/quark.h.
803 The other tricky part is with PCIe. Quark SoC integrates two PCIe root ports,
804 but by default they are held in reset after power on. In U-Boot, PCIe
805 initialization is properly handled as per Quark's firmware writer guide.
806 In your board support codes, you need provide two routines to aid PCIe
807 initialization, which are board_assert_perst() and board_deassert_perst().
808 The two routines need implement a board-specific mechanism to assert/deassert
809 PCIe PERST# pin. Care must be taken that in those routines that any APIs that
810 may trigger PCI enumeration process are strictly forbidden, as any access to
811 PCIe root port's configuration registers will cause system hang while it is
812 held in reset. For more details, check how they are implemented by the Intel
813 Galileo board support codes in board/intel/galileo/galileo.c.
814
815 TODO List
816 ---------
817 - Audio
818 - Chrome OS verified boot
819 - SMI and ACPI support, to provide platform info and facilities to Linux
820
821 References
822 ----------
823 [1] http://www.coreboot.org
824 [2] http://www.qemu.org
825 [3] http://www.coreboot.org/~stepan/pci8086,0166.rom
826 [4] http://www.intel.com/content/www/us/en/embedded/design-tools/evaluation-platforms/atom-e660-eg20t-development-kit.html
827 [5] http://www.intel.com/fsp
828 [6] http://www.intel.com/content/www/us/en/secure/intelligent-systems/privileged/e6xx-35-b1-cmc22211.html
829 [7] http://www.ami.com/products/bios-uefi-tools-and-utilities/bios-uefi-utilities/
830 [8] http://en.wikipedia.org/wiki/Microcode
831 [9] http://simplefirmware.org
832 [10] http://www.intel.com/design/archives/processors/pro/docs/242016.htm
833 [11] https://en.wikipedia.org/wiki/GUID_Partition_Table
834 [12] http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/chromeos_and_diy_vboot_0.pdf
835 [13] http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/elce-2014.pdf
836 [14] doc/device-tree-bindings/misc/intel,irq-router.txt