sunxi: decide the inclusion of SCP by SCP_ADDR existence
[platform/kernel/u-boot.git] / doc / arch / sandbox.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+ */
2 .. Copyright (c) 2014 The Chromium OS Authors.
3 .. sectionauthor:: Simon Glass <sjg@chromium.org>
4
5 Sandbox
6 =======
7
8 Native Execution of U-Boot
9 --------------------------
10
11 The 'sandbox' architecture is designed to allow U-Boot to run under Linux on
12 almost any hardware. To achieve this it builds U-Boot (so far as possible)
13 as a normal C application with a main() and normal C libraries.
14
15 All of U-Boot's architecture-specific code therefore cannot be built as part
16 of the sandbox U-Boot. The purpose of running U-Boot under Linux is to test
17 all the generic code, not specific to any one architecture. The idea is to
18 create unit tests which we can run to test this upper level code.
19
20 Sandbox allows development of many types of new features in a traditional way,
21 rather than needing to test each iteration on real hardware. Many U-Boot
22 features were developed on sandbox, including the core driver model, most
23 uclasses, verified boot, bloblist, logging and dozens of others. Sandbox has
24 enabled many large-scale code refactors as well.
25
26 CONFIG_SANDBOX is defined when building a native board.
27
28 The board name is 'sandbox' but the vendor name is unset, so there is a
29 single board in board/sandbox.
30
31 CONFIG_SANDBOX_BIG_ENDIAN should be defined when running on big-endian
32 machines.
33
34 There are two versions of the sandbox: One using 32-bit-wide integers, and one
35 using 64-bit-wide integers. The 32-bit version can be build and run on either
36 32 or 64-bit hosts by either selecting or deselecting CONFIG_SANDBOX_32BIT; by
37 default, the sandbox it built for a 32-bit host. The sandbox using 64-bit-wide
38 integers can only be built on 64-bit hosts.
39
40 Note that standalone/API support is not available at present.
41
42
43 Prerequisites
44 -------------
45
46 Here are some packages that are worth installing if you are doing sandbox or
47 tools development in U-Boot:
48
49    python3-pytest lzma lzma-alone lz4 python3 python3-virtualenv
50    libssl1.0-dev
51
52
53 Basic Operation
54 ---------------
55
56 To run sandbox U-Boot use something like::
57
58    make sandbox_defconfig all
59    ./u-boot
60
61 Note: If you get errors about 'sdl-config: Command not found' you may need to
62 install libsdl2.0-dev or similar to get SDL support. Alternatively you can
63 build sandbox without SDL (i.e. no display/keyboard support) by removing
64 the CONFIG_SANDBOX_SDL line in include/configs/sandbox.h or using::
65
66    make sandbox_defconfig all NO_SDL=1
67    ./u-boot
68
69 U-Boot will start on your computer, showing a sandbox emulation of the serial
70 console::
71
72    U-Boot 2014.04 (Mar 20 2014 - 19:06:00)
73
74    DRAM:  128 MiB
75    Using default environment
76
77    In:    serial
78    Out:   lcd
79    Err:   lcd
80    =>
81
82 You can issue commands as your would normally. If the command you want is
83 not supported you can add it to include/configs/sandbox.h.
84
85 To exit, type 'poweroff' or press Ctrl-C.
86
87
88 Console / LCD support
89 ---------------------
90
91 Assuming that CONFIG_SANDBOX_SDL is defined when building, you can run the
92 sandbox with LCD and keyboard emulation, using something like::
93
94    ./u-boot -d u-boot.dtb -l
95
96 This will start U-Boot with a window showing the contents of the LCD. If
97 that window has the focus then you will be able to type commands as you
98 would on the console. You can adjust the display settings in the device
99 tree file - see arch/sandbox/dts/sandbox.dts.
100
101
102 Command-line Options
103 --------------------
104
105 Various options are available, mostly for test purposes. Use -h to see
106 available options. Some of these are described below:
107
108 -t, --terminal <arg>
109   The terminal is normally in what is called 'raw-with-sigs' mode. This means
110   that you can use arrow keys for command editing and history, but if you
111   press Ctrl-C, U-Boot will exit instead of handling this as a keypress.
112   Other options are 'raw' (so Ctrl-C is handled within U-Boot) and 'cooked'
113   (where the terminal is in cooked mode and cursor keys will not work, Ctrl-C
114   will exit).
115
116 -l
117   Show the LCD emulation window.
118
119 -d <device_tree>
120   A device tree binary file can be provided with -d. If you edit the source
121   (it is stored at arch/sandbox/dts/sandbox.dts) you must rebuild U-Boot to
122   recreate the binary file.
123
124 -D
125   To use the default device tree, use -D.
126
127 -T
128   To use the test device tree, use -T.
129
130 -c [<cmd>;]<cmd>
131   To execute commands directly, use the -c option. You can specify a single
132   command, or multiple commands separated by a semicolon, as is normal in
133   U-Boot. Be careful with quoting as the shell will normally process and
134   swallow quotes. When -c is used, U-Boot exits after the command is complete,
135   but you can force it to go to interactive mode instead with -i.
136
137 -i
138   Go to interactive mode after executing the commands specified by -c.
139
140 Environment Variables
141 ---------------------
142
143 UBOOT_SB_TIME_OFFSET
144     This environment variable stores the offset of the emulated real time clock
145     to the host's real time clock in seconds. The offset defaults to zero.
146
147 Memory Emulation
148 ----------------
149
150 Memory emulation is supported, with the size set by CONFIG_SYS_SDRAM_SIZE.
151 The -m option can be used to read memory from a file on start-up and write
152 it when shutting down. This allows preserving of memory contents across
153 test runs. You can tell U-Boot to remove the memory file after it is read
154 (on start-up) with the --rm_memory option.
155
156 To access U-Boot's emulated memory within the code, use map_sysmem(). This
157 function is used throughout U-Boot to ensure that emulated memory is used
158 rather than the U-Boot application memory. This provides memory starting
159 at 0 and extending to the size of the emulation.
160
161
162 Storing State
163 -------------
164
165 With sandbox you can write drivers which emulate the operation of drivers on
166 real devices. Some of these drivers may want to record state which is
167 preserved across U-Boot runs. This is particularly useful for testing. For
168 example, the contents of a SPI flash chip should not disappear just because
169 U-Boot exits.
170
171 State is stored in a device tree file in a simple format which is driver-
172 specific. You then use the -s option to specify the state file. Use -r to
173 make U-Boot read the state on start-up (otherwise it starts empty) and -w
174 to write it on exit (otherwise the stored state is left unchanged and any
175 changes U-Boot made will be lost). You can also use -n to tell U-Boot to
176 ignore any problems with missing state. This is useful when first running
177 since the state file will be empty.
178
179 The device tree file has one node for each driver - the driver can store
180 whatever properties it likes in there. See 'Writing Sandbox Drivers' below
181 for more details on how to get drivers to read and write their state.
182
183
184 Running and Booting
185 -------------------
186
187 Since there is no machine architecture, sandbox U-Boot cannot actually boot
188 a kernel, but it does support the bootm command. Filesystems, memory
189 commands, hashing, FIT images, verified boot and many other features are
190 supported.
191
192 When 'bootm' runs a kernel, sandbox will exit, as U-Boot does on a real
193 machine. Of course in this case, no kernel is run.
194
195 It is also possible to tell U-Boot that it has jumped from a temporary
196 previous U-Boot binary, with the -j option. That binary is automatically
197 removed by the U-Boot that gets the -j option. This allows you to write
198 tests which emulate the action of chain-loading U-Boot, typically used in
199 a situation where a second 'updatable' U-Boot is stored on your board. It
200 is very risky to overwrite or upgrade the only U-Boot on a board, since a
201 power or other failure will brick the board and require return to the
202 manufacturer in the case of a consumer device.
203
204
205 Supported Drivers
206 -----------------
207
208 U-Boot sandbox supports these emulations:
209
210 - Block devices
211 - Chrome OS EC
212 - GPIO
213 - Host filesystem (access files on the host from within U-Boot)
214 - I2C
215 - Keyboard (Chrome OS)
216 - LCD
217 - Network
218 - Serial (for console only)
219 - Sound (incomplete - see sandbox_sdl_sound_init() for details)
220 - SPI
221 - SPI flash
222 - TPM (Trusted Platform Module)
223
224 A wide range of commands are implemented. Filesystems which use a block
225 device are supported.
226
227 Also sandbox supports driver model (CONFIG_DM) and associated commands.
228
229
230 Sandbox Variants
231 ----------------
232
233 There are unfortunately quite a few variants at present:
234
235 sandbox:
236   should be used for most tests
237 sandbox64:
238   special build that forces a 64-bit host
239 sandbox_flattree:
240   builds with dev_read\_...() functions defined as inline.
241   We need this build so that we can test those inline functions, and we
242   cannot build with both the inline functions and the non-inline functions
243   since they are named the same.
244 sandbox_spl:
245   builds sandbox with SPL support, so you can run spl/u-boot-spl
246   and it will start up and then load ./u-boot. It is also possible to
247   run ./u-boot directly.
248
249 Of these sandbox_spl can probably be removed since it is a superset of sandbox.
250
251 Most of the config options should be identical between these variants.
252
253
254 Linux RAW Networking Bridge
255 ---------------------------
256
257 The sandbox_eth_raw driver bridges traffic between the bottom of the network
258 stack and the RAW sockets API in Linux. This allows much of the U-Boot network
259 functionality to be tested in sandbox against real network traffic.
260
261 For Ethernet network adapters, the bridge utilizes the RAW AF_PACKET API.  This
262 is needed to get access to the lowest level of the network stack in Linux. This
263 means that all of the Ethernet frame is included. This allows the U-Boot network
264 stack to be fully used. In other words, nothing about the Linux network stack is
265 involved in forming the packets that end up on the wire. To receive the
266 responses to packets sent from U-Boot the network interface has to be set to
267 promiscuous mode so that the network card won't filter out packets not destined
268 for its configured (on Linux) MAC address.
269
270 The RAW sockets Ethernet API requires elevated privileges in Linux. You can
271 either run as root, or you can add the capability needed like so::
272
273    sudo /sbin/setcap "CAP_NET_RAW+ep" /path/to/u-boot
274
275 The default device tree for sandbox includes an entry for eth0 on the sandbox
276 host machine whose alias is "eth1". The following are a few examples of network
277 operations being tested on the eth0 interface.
278
279 .. code-block:: none
280
281    sudo /path/to/u-boot -D
282
283    DHCP
284    ....
285
286    setenv autoload no
287    setenv ethrotate no
288    setenv ethact eth1
289    dhcp
290
291    PING
292    ....
293
294    setenv autoload no
295    setenv ethrotate no
296    setenv ethact eth1
297    dhcp
298    ping $gatewayip
299
300    TFTP
301    ....
302
303    setenv autoload no
304    setenv ethrotate no
305    setenv ethact eth1
306    dhcp
307    setenv serverip WWW.XXX.YYY.ZZZ
308    tftpboot u-boot.bin
309
310 The bridge also supports (to a lesser extent) the localhost interface, 'lo'.
311
312 The 'lo' interface cannot use the RAW AF_PACKET API because the lo interface
313 doesn't support Ethernet-level traffic. It is a higher-level interface that is
314 expected only to be used at the AF_INET level of the API. As such, the most raw
315 we can get on that interface is the RAW AF_INET API on UDP. This allows us to
316 set the IP_HDRINCL option to include everything except the Ethernet header in
317 the packets we send and receive.
318
319 Because only UDP is supported, ICMP traffic will not work, so expect that ping
320 commands will time out.
321
322 The default device tree for sandbox includes an entry for lo on the sandbox
323 host machine whose alias is "eth5". The following is an example of a network
324 operation being tested on the lo interface.
325
326 .. code-block:: none
327
328    TFTP
329    ....
330
331    setenv ethrotate no
332    setenv ethact eth5
333    tftpboot u-boot.bin
334
335
336 SPI Emulation
337 -------------
338
339 Sandbox supports SPI and SPI flash emulation.
340
341 The device can be enabled via a device tree, for example::
342
343     spi@0 {
344             #address-cells = <1>;
345             #size-cells = <0>;
346             reg = <0 1>;
347             compatible = "sandbox,spi";
348             cs-gpios = <0>, <&gpio_a 0>;
349             spi.bin@0 {
350                     reg = <0>;
351                     compatible = "spansion,m25p16", "jedec,spi-nor";
352                     spi-max-frequency = <40000000>;
353                     sandbox,filename = "spi.bin";
354             };
355     };
356
357 The file must be created in advance::
358
359    $ dd if=/dev/zero of=spi.bin bs=1M count=2
360    $ u-boot -T
361
362 Here, you can use "-T" or "-D" option to specify test.dtb or u-boot.dtb,
363 respectively, or "-d <file>" for your own dtb.
364
365 With this setup you can issue SPI flash commands as normal::
366
367    =>sf probe
368    SF: Detected M25P16 with page size 64 KiB, total 2 MiB
369    =>sf read 0 0 10000
370    SF: 65536 bytes @ 0x0 Read: OK
371
372 Since this is a full SPI emulation (rather than just flash), you can
373 also use low-level SPI commands::
374
375    =>sspi 0:0 32 9f
376    FF202015
377
378 This is issuing a READ_ID command and getting back 20 (ST Micro) part
379 0x2015 (the M25P16).
380
381
382 Block Device Emulation
383 ----------------------
384
385 U-Boot can use raw disk images for block device emulation. To e.g. list
386 the contents of the root directory on the second partion of the image
387 "disk.raw", you can use the following commands::
388
389    =>host bind 0 ./disk.raw
390    =>ls host 0:2
391
392 The device can be marked removeable with 'host bind -r'.
393
394 A disk image can be created using the following commands::
395
396    $> truncate -s 1200M ./disk.raw
397    $> echo -e "label: gpt\n,64M,U\n,,L" | /usr/sbin/sgdisk  ./disk.raw
398    $> lodev=`sudo losetup -P -f --show ./disk.raw`
399    $> sudo mkfs.vfat -n EFI -v ${lodev}p1
400    $> sudo mkfs.ext4 -L ROOT -v ${lodev}p2
401
402 or utilize the device described in test/py/make_test_disk.py::
403
404    #!/usr/bin/python
405    import make_test_disk
406    make_test_disk.makeDisk()
407
408 Writing Sandbox Drivers
409 -----------------------
410
411 Generally you should put your driver in a file containing the word 'sandbox'
412 and put it in the same directory as other drivers of its type. You can then
413 implement the same hooks as the other drivers.
414
415 To access U-Boot's emulated memory, use map_sysmem() as mentioned above.
416
417 If your driver needs to store configuration or state (such as SPI flash
418 contents or emulated chip registers), you can use the device tree as
419 described above. Define handlers for this with the SANDBOX_STATE_IO macro.
420 See arch/sandbox/include/asm/state.h for documentation. In short you provide
421 a node name, compatible string and functions to read and write the state.
422 Since writing the state can expand the device tree, you may need to use
423 state_setprop() which does this automatically and avoids running out of
424 space. See existing code for examples.
425
426
427 Debugging the init sequence
428 ---------------------------
429
430 If you get a failure in the initcall sequence, like this::
431
432    initcall sequence 0000560775957c80 failed at call 0000000000048134 (err=-96)
433
434 Then you use can use grep to see which init call failed, e.g.::
435
436    $ grep 0000000000048134 u-boot.map
437    stdio_add_devices
438
439 Of course another option is to run it with a debugger such as gdb::
440
441    $ gdb u-boot
442    ...
443    (gdb) br initcall.h:41
444    Breakpoint 1 at 0x4db9d: initcall.h:41. (2 locations)
445
446 Note that two locations are reported, since this function is used in both
447 board_init_f() and board_init_r().
448
449 .. code-block:: none
450
451    (gdb) r
452    Starting program: /tmp/b/sandbox/u-boot
453    [Thread debugging using libthread_db enabled]
454    Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
455
456    U-Boot 2018.09-00264-ge0c2ba9814-dirty (Sep 22 2018 - 12:21:46 -0600)
457
458    DRAM:  128 MiB
459    MMC:
460
461    Breakpoint 1, initcall_run_list (init_sequence=0x5555559619e0 <init_sequence_f>)
462        at /scratch/sglass/cosarm/src/third_party/u-boot/files/include/initcall.h:41
463    41                              printf("initcall sequence %p failed at call %p (err=%d)\n",
464    (gdb) print *init_fnc_ptr
465    $1 = (const init_fnc_t) 0x55555559c114 <stdio_add_devices>
466    (gdb)
467
468
469 This approach can be used on normal boards as well as sandbox.
470
471
472 SDL_CONFIG
473 ----------
474
475 If sdl-config is on a different path from the default, set the SDL_CONFIG
476 environment variable to the correct pathname before building U-Boot.
477
478
479 Using valgrind / memcheck
480 -------------------------
481
482 It is possible to run U-Boot under valgrind to check memory allocations::
483
484    valgrind u-boot
485
486 If you are running sandbox SPL or TPL, then valgrind will not by default
487 notice when U-Boot jumps from TPL to SPL, or from SPL to U-Boot proper. To
488 fix this, use::
489
490    valgrind --trace-children=yes u-boot
491
492
493 Testing
494 -------
495
496 U-Boot sandbox can be used to run various tests, mostly in the test/
497 directory.
498
499 See :doc:`../develop/tests_sandbox` for more information and
500 :doc:`../develop/testing` for information about testing generally.
501
502
503 Memory Map
504 ----------
505
506 Sandbox has its own emulated memory starting at 0. Here are some of the things
507 that are mapped into that memory:
508
509 =======   ========================   ===============================
510 Addr      Config                     Usage
511 =======   ========================   ===============================
512       0   CONFIG_SYS_FDT_LOAD_ADDR   Device tree
513    c000   CONFIG_BLOBLIST_ADDR       Blob list
514   10000   CONFIG_MALLOC_F_ADDR       Early memory allocation
515   f0000   CONFIG_PRE_CON_BUF_ADDR    Pre-console buffer
516  100000   CONFIG_TRACE_EARLY_ADDR    Early trace buffer (if enabled). Also used
517                                      as the SPL load buffer in spl_test_load().
518  200000   CONFIG_SYS_TEXT_BASE       Load buffer for U-Boot (sandbox_spl only)
519 =======   ========================   ===============================