dm: core: Allow copying ofnode property data when writing
[platform/kernel/u-boot.git] / doc / develop / distro.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
2
3 Generic Distro Configuration Concept
4 ====================================
5
6 Linux distributions are faced with supporting a variety of boot mechanisms,
7 environments or bootloaders (PC BIOS, EFI, U-Boot, Barebox, ...). This makes
8 life complicated. Worse, bootloaders such as U-Boot have a configurable set
9 of features, and each board chooses to enable a different set of features.
10 Hence, distros typically need to have board-specific knowledge in order to
11 set up a bootable system.
12
13 This document defines a common set of U-Boot features that are required for
14 a distro to support the board in a generic fashion. Any board wishing to
15 allow distros to install and boot in an out-of-the-box fashion should enable
16 all these features. Linux distros can then create a single set of boot
17 support/install logic that targets these features. This will allow distros
18 to install on many boards without the need for board-specific logic.
19
20 In fact, some of these features can be implemented by any bootloader, thus
21 decoupling distro install/boot logic from any knowledge of the bootloader.
22
23 This model assumes that boards will load boot configuration files from a
24 regular storage mechanism (eMMC, SD card, USB Disk, SATA disk, etc.) with
25 a standard partitioning scheme (MBR, GPT). Boards that cannot support this
26 storage model are outside the scope of this document, and may still need
27 board-specific installer/boot-configuration support in a distro.
28
29 To some extent, this model assumes that a board has a separate boot flash
30 that contains U-Boot, and that the user has somehow installed U-Boot to this
31 flash before running the distro installer. Even on boards that do not conform
32 to this aspect of the model, the extent of the board-specific support in the
33 distro installer logic would be to install a board-specific U-Boot package to
34 the boot partition during installation. This distro-supplied U-Boot can still
35 implement the same features as on any other board, and hence the distro's boot
36 configuration file generation logic can still be board-agnostic.
37
38 Locating Bootable Disks
39 -----------------------
40
41 Typical desktop/server PCs search all (or a user-defined subset of) attached
42 storage devices for a bootable partition, then load the bootloader or boot
43 configuration files from there. A U-Boot board port that enables the features
44 mentioned in this document will search for boot configuration files in the
45 same way.
46
47 Thus, distros do not need to manipulate any kind of bootloader-specific
48 configuration data to indicate which storage device the system should boot
49 from.
50
51 Distros simply need to install the boot configuration files (see next
52 section) in an ext2/3/4 or FAT partition, mark the partition bootable (via
53 the MBR bootable flag, or GPT legacy_bios_bootable attribute), and U-Boot (or
54 any other bootloader) will find those boot files and execute them. This is
55 conceptually identical to creating a grub2 configuration file on a desktop
56 PC.
57
58 Note that in the absence of any partition that is explicitly marked bootable,
59 U-Boot falls back to searching the first valid partition of a disk for boot
60 configuration files. Other bootloaders are recommended to do the same, since
61 I believe that partition table bootable flags aren't so commonly used outside
62 the realm of x86 PCs.
63
64 U-Boot can also search for boot configuration files from a TFTP server.
65
66 Boot Configuration Files
67 ------------------------
68
69 The standard format for boot configuration files is that of extlinux.conf, as
70 handled by U-Boot's "syslinux" (disk) or "pxe boot" (network). This is roughly
71 as specified at BootLoaderSpec_:
72
73
74 ... with the exceptions that the BootLoaderSpec document:
75
76 * Prescribes a separate configuration per boot menu option, whereas U-Boot
77   lumps all options into a single extlinux.conf file. Hence, U-Boot searches
78   for /extlinux/extlinux.conf then /boot/extlinux/extlinux.conf on disk, or
79   pxelinux.cfg/default over the network.
80
81 * Does not document the fdtdir option, which automatically selects the DTB to
82   pass to the kernel.
83
84 One example extlinux.conf generated by the Fedora installer is::
85
86     # extlinux.conf generated by anaconda
87
88     ui menu.c32
89
90     menu autoboot Welcome to Fedora. Automatic boot in # second{,s}. Press a key for options.
91     menu title Fedora Boot Options.
92     menu hidden
93
94     timeout 50
95     #totaltimeout 9000
96
97     default Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae) 22 (Rawhide)
98
99     label Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl) 22 (Rawhide)
100         kernel /boot/vmlinuz-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl
101         append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8 LANG=en_US.UTF-8 drm.debug=0xf
102         fdtdir /boot/dtb-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl
103         initrd /boot/initramfs-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl.img
104
105     label Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae) 22 (Rawhide)
106         kernel /boot/vmlinuz-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae
107         append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8 LANG=en_US.UTF-8 drm.debug=0xf
108         fdtdir /boot/dtb-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae
109         initrd /boot/initramfs-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae.img
110
111     label Fedora-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc (0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc)
112         kernel /boot/vmlinuz-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc
113         initrd /boot/initramfs-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc.img
114         append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8
115         fdtdir /boot/dtb-3.16.0-0.rc6.git1.1.fc22.armv7hl+lpae
116
117
118 Another hand-crafted network boot configuration file is::
119
120     TIMEOUT 100
121
122     MENU TITLE TFTP boot options
123
124     LABEL jetson-tk1-emmc
125             MENU LABEL ../zImage root on Jetson TK1 eMMC
126             LINUX ../zImage
127             FDTDIR ../
128             APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=80a5a8e9-c744-491a-93c1-4f4194fd690b
129
130     LABEL venice2-emmc
131             MENU LABEL ../zImage root on Venice2 eMMC
132             LINUX ../zImage
133             FDTDIR ../
134             APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=5f71e06f-be08-48ed-b1ef-ee4800cc860f
135
136     LABEL sdcard
137             MENU LABEL ../zImage, root on 2GB sdcard
138             LINUX ../zImage
139             FDTDIR ../
140             APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=b2f82cda-2535-4779-b467-094a210fbae7
141
142     LABEL fedora-installer-fk
143             MENU LABEL Fedora installer w/ Fedora kernel
144             LINUX fedora-installer/vmlinuz
145             INITRD fedora-installer/initrd.img.orig
146             FDTDIR fedora-installer/dtb
147             APPEND loglevel=8 ip=dhcp inst.repo=http://10.0.0.2/mirrors/fedora/linux/development/rawhide/armhfp/os/ rd.shell cma=64M
148
149 U-Boot Implementation
150 =====================
151
152 Enabling the distro options
153 ---------------------------
154
155 In your board's defconfig, enable the DISTRO_DEFAULTS option by adding
156 a line with "CONFIG_DISTRO_DEFAULTS=y". If you want to enable this
157 from Kconfig itself, for e.g. all boards using a specific SoC then
158 add a "imply DISTRO_DEFAULTS" to your SoC CONFIG option.
159
160
161 TO BE UPDATED:
162
163 In your board configuration file, include the following::
164
165     #ifndef CONFIG_SPL_BUILD
166     #include <config_distro_bootcmd.h>
167     #endif
168
169 The first of those headers primarily enables a core set of U-Boot features,
170 such as support for MBR and GPT partitions, ext* and FAT filesystems, booting
171 raw zImage and initrd (rather than FIT- or uImage-wrapped files), etc. Network
172 boot support is also enabled here, which is useful in order to boot distro
173 installers given that distros do not commonly distribute bootable install
174 media for non-PC targets at present.
175
176 Finally, a few options that are mostly relevant only when using U-Boot-
177 specific boot.scr scripts are enabled. This enables distros to generate a
178 U-Boot-specific boot.scr script rather than extlinux.conf as the boot
179 configuration file. While doing so is fully supported, and
180 CONFIG_DISTRO_DEFAULTS exposes enough parameterization to boot.scr to
181 allow for board-agnostic boot.scr content, this document recommends that
182 distros generate extlinux.conf rather than boot.scr. extlinux.conf is intended
183 to work across multiple bootloaders, whereas boot.scr will only work with
184 U-Boot. TODO: document the contract between U-Boot and boot.scr re: which
185 environment variables a generic boot.scr may rely upon.
186
187 The second of those headers sets up the default environment so that $bootcmd
188 is defined in a way that searches attached disks for boot configuration files,
189 and executes them if found.
190
191 Required Environment Variables
192 ------------------------------
193
194 The U-Boot "syslinux" and "pxe boot" commands require a number of environment
195 variables be set. Default values for these variables are often hard-coded into
196 CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS in the board's U-Boot configuration file, so that
197 the user doesn't have to configure them.
198
199 fdt_addr:
200   Mandatory for any system that provides the DTB in HW (e.g. ROM) and wishes
201   to pass that DTB to Linux, rather than loading a DTB from the boot
202   filesystem. Prohibited for any other system.
203
204   If specified a DTB to boot the system must be available at the given
205   address.
206
207 fdt_addr_r:
208   Mandatory. The location in RAM where the DTB will be loaded or copied to when
209   processing the fdtdir/devicetreedir or fdt/devicetree options in
210   extlinux.conf.
211
212   This is mandatory even when fdt_addr is provided, since extlinux.conf must
213   always be able to provide a DTB which overrides any copy provided by the HW.
214
215   A size of 1MB for the FDT/DTB seems reasonable.
216
217 fdtfile:
218   Mandatory. the name of the DTB file for the specific board for instance
219   the espressobin v5 board the value is "marvell/armada-3720-espressobin.dtb"
220   while on a clearfog pro it is "armada-388-clearfog-pro.dtb" in the case of
221   a board providing its firmware based DTB this value can be used to override
222   the DTB with a different DTB. fdtfile will automatically be set for you if
223   it matches the format ${soc}-${board}.dtb which covers most 32 bit use cases.
224   AArch64 generally does not match as the Linux kernel put the dtb files under
225   SoC vendor directories.
226
227 ramdisk_addr_r:
228   Mandatory. The location in RAM where the initial ramdisk will be loaded to
229   when processing the initrd option in extlinux.conf.
230
231   It is recommended that this location be highest in RAM out of fdt_addr_r,
232   kernel_addr_r, and ramdisk_addr_r, so that the RAM disk can vary in size
233   and use any available RAM.
234
235 kernel_addr_r:
236   Mandatory. The location in RAM where the kernel will be loaded to when
237   processing the kernel option in the extlinux.conf.
238
239   The kernel should be located within the first 128M of RAM in order for the
240   kernel CONFIG_AUTO_ZRELADDR option to work, which is likely enabled on any
241   distro kernel. Since the kernel will decompress itself to 0x8000 after the
242   start of RAM, kernel_addr_r should not overlap that area, or the kernel will
243   have to copy itself somewhere else first before decompression.
244
245   A size of 16MB for the kernel is likely adequate.
246
247 kernel_comp_addr_r:
248   Optional. This is only required if user wants to boot Linux from a compressed
249   Image(.gz, .bz2, .lzma, .lzo) using the booti command. It represents the
250   location in RAM where the compressed Image will be decompressed temporarily.
251   Once the decompression is complete, the decompressed data will be moved to
252   kernel_addr_r for booting.
253
254 kernel_comp_size:
255   Optional. This is only required if user wants to boot Linux from a compressed
256   Image using booti command. It represents the size of the compressed file. The
257   size has to at least the size of loaded image for decompression to succeed.
258
259 pxefile_addr_r:
260   Mandatory. The location in RAM where extlinux.conf will be loaded to prior
261   to processing.
262
263   A size of 1MB for extlinux.conf is more than adequate.
264
265 scriptaddr:
266   Mandatory, if the boot script is boot.scr rather than extlinux.conf. The
267   location in RAM where boot.scr will be loaded to prior to execution.
268
269   A size of 1MB for extlinux.conf is more than adequate.
270
271 For suggestions on memory locations for ARM systems, you must follow the
272 guidelines specified in Documentation/arm/Booting in the Linux kernel tree.
273
274 For a commented example of setting these values, please see the definition of
275 MEM_LAYOUT_ENV_SETTINGS in include/configs/tegra124-common.h.
276
277 Boot Target Configuration
278 -------------------------
279
280 The `config_distro_bootcmd.h` file defines $bootcmd and many helper command
281 variables that automatically search attached disks for boot configuration files
282 and execute them. Boards must provide configure <config_distro_bootcmd.h> so
283 that it supports the correct set of possible boot device types. To provide this
284 configuration, simply define macro BOOT_TARGET_DEVICES prior to including
285 <config_distro_bootcmd.h>. For example::
286
287     #ifndef CONFIG_SPL_BUILD
288     #define BOOT_TARGET_DEVICES(func) \
289             func(MMC, mmc, 1) \
290             func(MMC, mmc, 0) \
291             func(USB, usb, 0) \
292             func(PXE, pxe, na) \
293             func(DHCP, dhcp, na)
294     #include <config_distro_bootcmd.h>
295     #endif
296
297 Each entry in the macro defines a single boot device (e.g. a specific eMMC
298 device or SD card) or type of boot device (e.g. USB disk). The parameters to
299 the func macro (passed in by the internal implementation of the header) are:
300
301 - Upper-case disk type (DHCP, HOST, IDE, MMC, NVME, PXE, SATA, SCSI, UBIFS, USB,
302   VIRTIO).
303 - Lower-case disk type (same options as above).
304 - ID of the specific disk (MMC only) or ignored for other types.
305
306 User Configuration
307 ==================
308
309 Once the user has installed U-Boot, it is expected that the environment will
310 be reset to the default values in order to enable $bootcmd and friends, as set
311 up by <config_distro_bootcmd.h>. After this, various environment variables may
312 be altered to influence the boot process:
313
314 boot_targets:
315   The list of boot locations searched.
316
317   Example: mmc0, mmc1, usb, pxe
318
319   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the boot order.
320
321 boot_prefixes:
322   For disk-based booting, the list of directories within a partition that are
323   searched for boot configuration files (extlinux.conf, boot.scr).
324
325   Example: / /boot/
326
327   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the set of
328   directories which are searched.
329
330 boot_scripts:
331   The name of U-Boot style boot.scr files that $bootcmd searches for.
332
333   Example: boot.scr.uimg boot.scr
334
335   (Typically we expect extlinux.conf to be used, but execution of boot.scr is
336   maintained for backwards-compatibility.)
337
338   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the set of
339   filenames which are supported.
340
341 scan_dev_for_extlinux:
342   If you want to disable extlinux.conf on all disks, set the value to something
343   innocuous, e.g. setenv scan_dev_for_extlinux true.
344
345 scan_dev_for_scripts:
346   If you want to disable boot.scr on all disks, set the value to something
347   innocuous, e.g. setenv scan_dev_for_scripts true.
348
349 boot_net_usb_start:
350   If you want to prevent USB enumeration by distro boot commands which execute
351   network operations, set the value to something innocuous, e.g. setenv
352   boot_net_usb_start true. This would be useful if you know your Ethernet
353   device is not attached to USB, and you wish to increase boot speed by
354   avoiding unnecessary actions.
355
356 boot_net_pci_enum:
357   If you want to prevent PCI enumeration by distro boot commands which execute
358   network operations, set the value to something innocuous, e.g. setenv
359   boot_net_pci_enum true. This would be useful if you know your Ethernet
360   device is not attached to PCI, and you wish to increase boot speed by
361   avoiding unnecessary actions.
362
363 Interactively booting from a specific device at the u-boot prompt
364 =================================================================
365
366 For interactively booting from a user-selected device at the u-boot command
367 prompt, the environment provides predefined bootcmd_<target> variables for
368 every target defined in boot_targets, which can be run be the user.
369
370 If the target is a storage device, the format of the target is always
371 <device type><device number>, e.g. mmc0.  Specifying the device number is
372 mandatory for storage devices, even if only support for a single instance
373 of the storage device is actually implemented.
374
375 For network targets (dhcp, pxe), only the device type gets specified;
376 they do not have a device number.
377
378 Examples:
379
380  - run bootcmd_usb0
381    boots from the first USB mass storage device
382
383  - run bootcmd_mmc1
384    boots from the second MMC device
385
386  - run bootcmd_pxe
387    boots by tftp using a pxelinux.cfg
388
389 The list of possible targets consists of:
390
391 - network targets
392
393   * dhcp
394   * pxe
395
396 - storage targets (to which a device number must be appended)
397
398   * mmc
399   * sata
400   * scsi
401   * ide
402   * usb
403   * virtio
404
405 Other *boot* variables than the ones defined above are only for internal use
406 of the boot environment and are not guaranteed to exist or work in the same
407 way in future u-boot versions.  In particular the <device type>_boot
408 variables (e.g. mmc_boot, usb_boot) are a strictly internal implementation
409 detail and must not be used as a public interface.
410
411 .. _BootLoaderSpec: http://www.freedesktop.org/wiki/Specifications/BootLoaderSpec/
412
413 .. sectionauthor:: (C) Copyright 2014 Red Hat Inc.
414 .. sectionauthor:: Copyright (c) 2014-2015, NVIDIA CORPORATION.  All rights reserved.
415 .. sectionauthor:: Copyright (C) 2015 K. Merker <merker@debian.org>