binman: Rearrange documentation into headings
[platform/kernel/u-boot.git] / tools / binman / binman.rst
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
71   - Each binary can have its own build system and tool chain without creating
72     any dependencies between them
73   - Avoids the need for a single-shot build: individual parts can be updated
74     and brought in as needed
75   - Provides for a standard image description available in the build and at
76     run-time
77   - SoC-specific image-signing tools can be accommodated
78   - Avoids cluttering the U-Boot build system with image-building code
79   - The image description is automatically available at run-time in U-Boot,
80     SPL. It can be made available to other software also
81   - The image description is easily readable (it's a text file in device-tree
82     format) and permits flexible packing of binaries
83
84
85 Terminology
86 -----------
87
88 Binman uses the following terms:
89
90 - image - an output file containing a firmware image
91 - binary - an input binary that goes into the image
92
93
94 Relationship to FIT
95 -------------------
96
97 FIT is U-Boot's official image format. It supports multiple binaries with
98 load / execution addresses, compression. It also supports verification
99 through hashing and RSA signatures.
100
101 FIT was originally designed to support booting a Linux kernel (with an
102 optional ramdisk) and device tree chosen from various options in the FIT.
103 Now that U-Boot supports configuration via device tree, it is possible to
104 load U-Boot from a FIT, with the device tree chosen by SPL.
105
106 Binman considers FIT to be one of the binaries it can place in the image.
107
108 Where possible it is best to put as much as possible in the FIT, with binman
109 used to deal with cases not covered by FIT. Examples include initial
110 execution (since FIT itself does not have an executable header) and dealing
111 with device boundaries, such as the read-only/read-write separation in SPI
112 flash.
113
114 For U-Boot, binman should not be used to create ad-hoc images in place of
115 FIT.
116
117
118 Relationship to mkimage
119 -----------------------
120
121 The mkimage tool provides a means to create a FIT. Traditionally it has
122 needed an image description file: a device tree, like binman, but in a
123 different format. More recently it has started to support a '-f auto' mode
124 which can generate that automatically.
125
126 More relevant to binman, mkimage also permits creation of many SoC-specific
127 image types. These can be listed by running 'mkimage -T list'. Examples
128 include 'rksd', the Rockchip SD/MMC boot format. The mkimage tool is often
129 called from the U-Boot build system for this reason.
130
131 Binman considers the output files created by mkimage to be binary blobs
132 which it can place in an image. Binman does not replace the mkimage tool or
133 this purpose. It would be possible in some situations to create a new entry
134 type for the images in mkimage, but this would not add functionality. It
135 seems better to use the mkimage tool to generate binaries and avoid blurring
136 the boundaries between building input files (mkimage) and packaging then
137 into a final image (binman).
138
139
140 Using binman
141 ============
142
143 Example use of binman in U-Boot
144 -------------------------------
145
146 Binman aims to replace some of the ad-hoc image creation in the U-Boot
147 build system.
148
149 Consider sunxi. It has the following steps:
150
151   #. It uses a custom mksunxiboot tool to build an SPL image called
152      sunxi-spl.bin. This should probably move into mkimage.
153
154   #. It uses mkimage to package U-Boot into a legacy image file (so that it can
155      hold the load and execution address) called u-boot.img.
156
157   #. It builds a final output image called u-boot-sunxi-with-spl.bin which
158      consists of sunxi-spl.bin, some padding and u-boot.img.
159
160 Binman is intended to replace the last step. The U-Boot build system builds
161 u-boot.bin and sunxi-spl.bin. Binman can then take over creation of
162 sunxi-spl.bin (by calling mksunxiboot, or hopefully one day mkimage). In any
163 case, it would then create the image from the component parts.
164
165 This simplifies the U-Boot Makefile somewhat, since various pieces of logic
166 can be replaced by a call to binman.
167
168
169 Example use of binman for x86
170 -----------------------------
171
172 In most cases x86 images have a lot of binary blobs, 'black-box' code
173 provided by Intel which must be run for the platform to work. Typically
174 these blobs are not relocatable and must be placed at fixed areas in the
175 firmware image.
176
177 Currently this is handled by ifdtool, which places microcode, FSP, MRC, VGA
178 BIOS, reference code and Intel ME binaries into a u-boot.rom file.
179
180 Binman is intended to replace all of this, with ifdtool left to handle only
181 the configuration of the Intel-format descriptor.
182
183
184 Running binman
185 --------------
186
187 First install prerequisites, e.g::
188
189     sudo apt-get install python-pyelftools python3-pyelftools lzma-alone \
190         liblz4-tool
191
192 Type::
193
194     binman build -b <board_name>
195
196 to build an image for a board. The board name is the same name used when
197 configuring U-Boot (e.g. for sandbox_defconfig the board name is 'sandbox').
198 Binman assumes that the input files for the build are in ../b/<board_name>.
199
200 Or you can specify this explicitly::
201
202     binman build -I <build_path>
203
204 where <build_path> is the build directory containing the output of the U-Boot
205 build.
206
207 (Future work will make this more configurable)
208
209 In either case, binman picks up the device tree file (u-boot.dtb) and looks
210 for its instructions in the 'binman' node.
211
212 Binman has a few other options which you can see by running 'binman -h'.
213
214
215 Enabling binman for a board
216 ---------------------------
217
218 At present binman is invoked from a rule in the main Makefile. Typically you
219 will have a rule like::
220
221     ifneq ($(CONFIG_ARCH_<something>),)
222     u-boot-<your_suffix>.bin: <input_file_1> <input_file_2> checkbinman FORCE
223         $(call if_changed,binman)
224     endif
225
226 This assumes that u-boot-<your_suffix>.bin is a target, and is the final file
227 that you need to produce. You can make it a target by adding it to INPUTS-y
228 either in the main Makefile or in a config.mk file in your arch subdirectory.
229
230 Once binman is executed it will pick up its instructions from a device-tree
231 file, typically <soc>-u-boot.dtsi, where <soc> is your CONFIG_SYS_SOC value.
232 You can use other, more specific CONFIG options - see 'Automatic .dtsi
233 inclusion' below.
234
235
236 Access to binman entry offsets at run time (symbols)
237 ----------------------------------------------------
238
239 Binman assembles images and determines where each entry is placed in the image.
240 This information may be useful to U-Boot at run time. For example, in SPL it
241 is useful to be able to find the location of U-Boot so that it can be executed
242 when SPL is finished.
243
244 Binman allows you to declare symbols in the SPL image which are filled in
245 with their correct values during the build. For example::
246
247     binman_sym_declare(ulong, u_boot_any, image_pos);
248
249 declares a ulong value which will be assigned to the image-pos of any U-Boot
250 image (u-boot.bin, u-boot.img, u-boot-nodtb.bin) that is present in the image.
251 You can access this value with something like::
252
253     ulong u_boot_offset = binman_sym(ulong, u_boot_any, image_pos);
254
255 Thus u_boot_offset will be set to the image-pos of U-Boot in memory, assuming
256 that the whole image has been loaded, or is available in flash. You can then
257 jump to that address to start U-Boot.
258
259 At present this feature is only supported in SPL and TPL. In principle it is
260 possible to fill in such symbols in U-Boot proper, as well, but a future C
261 library is planned for this instead, to read from the device tree.
262
263 As well as image-pos, it is possible to read the size of an entry and its
264 offset (which is the start position of the entry within its parent).
265
266 A small technical note: Binman automatically adds the base address of the image
267 (i.e. __image_copy_start) to the value of the image-pos symbol, so that when the
268 image is loaded to its linked address, the value will be correct and actually
269 point into the image.
270
271 For example, say SPL is at the start of the image and linked to start at address
272 80108000. If U-Boot's image-pos is 0x8000 then binman will write an image-pos
273 for U-Boot of 80110000 into the SPL binary, since it assumes the image is loaded
274 to 80108000, with SPL at 80108000 and U-Boot at 80110000.
275
276 For x86 devices (with the end-at-4gb property) this base address is not added
277 since it is assumed that images are XIP and the offsets already include the
278 address.
279
280
281 Access to binman entry offsets at run time (fdt)
282 ------------------------------------------------
283
284 Binman can update the U-Boot FDT to include the final position and size of
285 each entry in the images it processes. The option to enable this is -u and it
286 causes binman to make sure that the 'offset', 'image-pos' and 'size' properties
287 are set correctly for every entry. Since it is not necessary to specify these in
288 the image definition, binman calculates the final values and writes these to
289 the device tree. These can be used by U-Boot at run-time to find the location
290 of each entry.
291
292 Alternatively, an FDT map entry can be used to add a special FDT containing
293 just the information about the image. This is preceded by a magic string so can
294 be located anywhere in the image. An image header (typically at the start or end
295 of the image) can be used to point to the FDT map. See fdtmap and image-header
296 entries for more information.
297
298
299 Map files
300 ---------
301
302 The -m option causes binman to output a .map file for each image that it
303 generates. This shows the offset and size of each entry. For example::
304
305       Offset      Size  Name
306     00000000  00000028  main-section
307      00000000  00000010  section@0
308       00000000  00000004  u-boot
309      00000010  00000010  section@1
310       00000000  00000004  u-boot
311
312 This shows a hierarchical image with two sections, each with a single entry. The
313 offsets of the sections are absolute hex byte offsets within the image. The
314 offsets of the entries are relative to their respective sections. The size of
315 each entry is also shown, in bytes (hex). The indentation shows the entries
316 nested inside their sections.
317
318
319 Passing command-line arguments to entries
320 -----------------------------------------
321
322 Sometimes it is useful to pass binman the value of an entry property from the
323 command line. For example some entries need access to files and it is not
324 always convenient to put these filenames in the image definition (device tree).
325
326 The-a option supports this::
327
328     -a<prop>=<value>
329
330 where::
331
332     <prop> is the property to set
333     <value> is the value to set it to
334
335 Not all properties can be provided this way. Only some entries support it,
336 typically for filenames.
337
338
339 Image description format
340 ========================
341
342 The binman node is called 'binman'. An example image description is shown
343 below::
344
345     binman {
346         filename = "u-boot-sunxi-with-spl.bin";
347         pad-byte = <0xff>;
348         blob {
349             filename = "spl/sunxi-spl.bin";
350         };
351         u-boot {
352             offset = <CONFIG_SPL_PAD_TO>;
353         };
354     };
355
356
357 This requests binman to create an image file called u-boot-sunxi-with-spl.bin
358 consisting of a specially formatted SPL (spl/sunxi-spl.bin, built by the
359 normal U-Boot Makefile), some 0xff padding, and a U-Boot legacy image. The
360 padding comes from the fact that the second binary is placed at
361 CONFIG_SPL_PAD_TO. If that line were omitted then the U-Boot binary would
362 immediately follow the SPL binary.
363
364 The binman node describes an image. The sub-nodes describe entries in the
365 image. Each entry represents a region within the overall image. The name of
366 the entry (blob, u-boot) tells binman what to put there. For 'blob' we must
367 provide a filename. For 'u-boot', binman knows that this means 'u-boot.bin'.
368
369 Entries are normally placed into the image sequentially, one after the other.
370 The image size is the total size of all entries. As you can see, you can
371 specify the start offset of an entry using the 'offset' property.
372
373 Note that due to a device tree requirement, all entries must have a unique
374 name. If you want to put the same binary in the image multiple times, you can
375 use any unique name, with the 'type' property providing the type.
376
377 The attributes supported for entries are described below.
378
379 offset:
380     This sets the offset of an entry within the image or section containing
381     it. The first byte of the image is normally at offset 0. If 'offset' is
382     not provided, binman sets it to the end of the previous region, or the
383     start of the image's entry area (normally 0) if there is no previous
384     region.
385
386 align:
387     This sets the alignment of the entry. The entry offset is adjusted
388     so that the entry starts on an aligned boundary within the containing
389     section or image. For example 'align = <16>' means that the entry will
390     start on a 16-byte boundary. This may mean that padding is added before
391     the entry. The padding is part of the containing section but is not
392     included in the entry, meaning that an empty space may be created before
393     the entry starts. Alignment should be a power of 2. If 'align' is not
394     provided, no alignment is performed.
395
396 size:
397     This sets the size of the entry. The contents will be padded out to
398     this size. If this is not provided, it will be set to the size of the
399     contents.
400
401 pad-before:
402     Padding before the contents of the entry. Normally this is 0, meaning
403     that the contents start at the beginning of the entry. This can be used
404     to offset the entry contents a little. While this does not affect the
405     contents of the entry within binman itself (the padding is performed
406     only when its parent section is assembled), the end result will be that
407     the entry starts with the padding bytes, so may grow. Defaults to 0.
408
409 pad-after:
410     Padding after the contents of the entry. Normally this is 0, meaning
411     that the entry ends at the last byte of content (unless adjusted by
412     other properties). This allows room to be created in the image for
413     this entry to expand later. While this does not affect the contents of
414     the entry within binman itself (the padding is performed only when its
415     parent section is assembled), the end result will be that the entry ends
416     with the padding bytes, so may grow. Defaults to 0.
417
418 align-size:
419     This sets the alignment of the entry size. For example, to ensure
420     that the size of an entry is a multiple of 64 bytes, set this to 64.
421     While this does not affect the contents of the entry within binman
422     itself (the padding is performed only when its parent section is
423     assembled), the end result is that the entry ends with the padding
424     bytes, so may grow. If 'align-size' is not provided, no alignment is
425     performed.
426
427 align-end:
428     This sets the alignment of the end of an entry with respect to the
429     containing section. Some entries require that they end on an alignment
430     boundary, regardless of where they start. This does not move the start
431     of the entry, so the contents of the entry will still start at the
432     beginning. But there may be padding at the end. While this does not
433     affect the contents of the entry within binman itself (the padding is
434     performed only when its parent section is assembled), the end result
435     is that the entry ends with the padding bytes, so may grow.
436     If 'align-end' is not provided, no alignment is performed.
437
438 filename:
439     For 'blob' types this provides the filename containing the binary to
440     put into the entry. If binman knows about the entry type (like
441     u-boot-bin), then there is no need to specify this.
442
443 type:
444     Sets the type of an entry. This defaults to the entry name, but it is
445     possible to use any name, and then add (for example) 'type = "u-boot"'
446     to specify the type.
447
448 offset-unset:
449     Indicates that the offset of this entry should not be set by placing
450     it immediately after the entry before. Instead, is set by another
451     entry which knows where this entry should go. When this boolean
452     property is present, binman will give an error if another entry does
453     not set the offset (with the GetOffsets() method).
454
455 image-pos:
456     This cannot be set on entry (or at least it is ignored if it is), but
457     with the -u option, binman will set it to the absolute image position
458     for each entry. This makes it easy to find out exactly where the entry
459     ended up in the image, regardless of parent sections, etc.
460
461 expand-size:
462     Expand the size of this entry to fit available space. This space is only
463     limited by the size of the image/section and the position of the next
464     entry.
465
466 compress:
467     Sets the compression algortihm to use (for blobs only). See the entry
468     documentation for details.
469
470 missing-msg:
471     Sets the tag of the message to show if this entry is missing. This is
472     used for external blobs. When they are missing it is helpful to show
473     information about what needs to be fixed. See missing-blob-help for the
474     message for each tag.
475
476 The attributes supported for images and sections are described below. Several
477 are similar to those for entries.
478
479 size:
480     Sets the image size in bytes, for example 'size = <0x100000>' for a
481     1MB image.
482
483 offset:
484     This is similar to 'offset' in entries, setting the offset of a section
485     within the image or section containing it. The first byte of the section
486     is normally at offset 0. If 'offset' is not provided, binman sets it to
487     the end of the previous region, or the start of the image's entry area
488     (normally 0) if there is no previous region.
489
490 align-size:
491     This sets the alignment of the image size. For example, to ensure
492     that the image ends on a 512-byte boundary, use 'align-size = <512>'.
493     If 'align-size' is not provided, no alignment is performed.
494
495 pad-before:
496     This sets the padding before the image entries. The first entry will
497     be positioned after the padding. This defaults to 0.
498
499 pad-after:
500     This sets the padding after the image entries. The padding will be
501     placed after the last entry. This defaults to 0.
502
503 pad-byte:
504     This specifies the pad byte to use when padding in the image. It
505     defaults to 0. To use 0xff, you would add 'pad-byte = <0xff>'.
506
507 filename:
508     This specifies the image filename. It defaults to 'image.bin'.
509
510 sort-by-offset:
511     This causes binman to reorder the entries as needed to make sure they
512     are in increasing positional order. This can be used when your entry
513     order may not match the positional order. A common situation is where
514     the 'offset' properties are set by CONFIG options, so their ordering is
515     not known a priori.
516
517     This is a boolean property so needs no value. To enable it, add a
518     line 'sort-by-offset;' to your description.
519
520 multiple-images:
521     Normally only a single image is generated. To create more than one
522     image, put this property in the binman node. For example, this will
523     create image1.bin containing u-boot.bin, and image2.bin containing
524     both spl/u-boot-spl.bin and u-boot.bin::
525
526         binman {
527             multiple-images;
528             image1 {
529                 u-boot {
530                 };
531             };
532
533             image2 {
534                 spl {
535                 };
536                 u-boot {
537                 };
538             };
539         };
540
541 end-at-4gb:
542     For x86 machines the ROM offsets start just before 4GB and extend
543     up so that the image finished at the 4GB boundary. This boolean
544     option can be enabled to support this. The image size must be
545     provided so that binman knows when the image should start. For an
546     8MB ROM, the offset of the first entry would be 0xfff80000 with
547     this option, instead of 0 without this option.
548
549 skip-at-start:
550     This property specifies the entry offset of the first entry.
551
552     For PowerPC mpc85xx based CPU, CONFIG_SYS_TEXT_BASE is the entry
553     offset of the first entry. It can be 0xeff40000 or 0xfff40000 for
554     nor flash boot, 0x201000 for sd boot etc.
555
556     'end-at-4gb' property is not applicable where CONFIG_SYS_TEXT_BASE +
557     Image size != 4gb.
558
559 Examples of the above options can be found in the tests. See the
560 tools/binman/test directory.
561
562 It is possible to have the same binary appear multiple times in the image,
563 either by using a unit number suffix (u-boot@0, u-boot@1) or by using a
564 different name for each and specifying the type with the 'type' attribute.
565
566
567 Sections and hierachical images
568 -------------------------------
569
570 Sometimes it is convenient to split an image into several pieces, each of which
571 contains its own set of binaries. An example is a flash device where part of
572 the image is read-only and part is read-write. We can set up sections for each
573 of these, and place binaries in them independently. The image is still produced
574 as a single output file.
575
576 This feature provides a way of creating hierarchical images. For example here
577 is an example image with two copies of U-Boot. One is read-only (ro), intended
578 to be written only in the factory. Another is read-write (rw), so that it can be
579 upgraded in the field. The sizes are fixed so that the ro/rw boundary is known
580 and can be programmed::
581
582     binman {
583         section@0 {
584             read-only;
585             name-prefix = "ro-";
586             size = <0x100000>;
587             u-boot {
588             };
589         };
590         section@1 {
591             name-prefix = "rw-";
592             size = <0x100000>;
593             u-boot {
594             };
595         };
596     };
597
598 This image could be placed into a SPI flash chip, with the protection boundary
599 set at 1MB.
600
601 A few special properties are provided for sections:
602
603 read-only:
604     Indicates that this section is read-only. This has no impact on binman's
605     operation, but his property can be read at run time.
606
607 name-prefix:
608     This string is prepended to all the names of the binaries in the
609     section. In the example above, the 'u-boot' binaries which actually be
610     renamed to 'ro-u-boot' and 'rw-u-boot'. This can be useful to
611     distinguish binaries with otherwise identical names.
612
613
614 Image Properties
615 ----------------
616
617 Image nodes act like sections but also have a few extra properties:
618
619 filename:
620     Output filename for the image. This defaults to image.bin (or in the
621     case of multiple images <nodename>.bin where <nodename> is the name of
622     the image node.
623
624 allow-repack:
625     Create an image that can be repacked. With this option it is possible
626     to change anything in the image after it is created, including updating
627     the position and size of image components. By default this is not
628     permitted since it is not possibly to know whether this might violate a
629     constraint in the image description. For example, if a section has to
630     increase in size to hold a larger binary, that might cause the section
631     to fall out of its allow region (e.g. read-only portion of flash).
632
633     Adding this property causes the original offset and size values in the
634     image description to be stored in the FDT and fdtmap.
635
636
637 Hashing Entries
638 ---------------
639
640 It is possible to ask binman to hash the contents of an entry and write that
641 value back to the device-tree node. For example::
642
643     binman {
644         u-boot {
645             hash {
646                 algo = "sha256";
647             };
648         };
649     };
650
651 Here, a new 'value' property will be written to the 'hash' node containing
652 the hash of the 'u-boot' entry. Only SHA256 is supported at present. Whole
653 sections can be hased if desired, by adding the 'hash' node to the section.
654
655 The has value can be chcked at runtime by hashing the data actually read and
656 comparing this has to the value in the device tree.
657
658
659 Expanded entries
660 ----------------
661
662 Binman automatically replaces 'u-boot' with an expanded version of that, i.e.
663 'u-boot-expanded'. This means that when you write::
664
665     u-boot {
666     };
667
668 you actually get::
669
670     u-boot {
671         type = "u-boot-expanded';
672     };
673
674 which in turn expands to::
675
676     u-boot {
677         type = "section";
678
679         u-boot-nodtb {
680         };
681
682         u-boot-dtb {
683         };
684     };
685
686 U-Boot's various phase binaries actually comprise two or three pieces.
687 For example, u-boot.bin has the executable followed by a devicetree.
688
689 With binman we want to be able to update that devicetree with full image
690 information so that it is accessible to the executable. This is tricky
691 if it is not clear where the devicetree starts.
692
693 The above feature ensures that the devicetree is clearly separated from the
694 U-Boot executable and can be updated separately by binman as needed. It can be
695 disabled with the --no-expanded flag if required.
696
697 The same applies for u-boot-spl and u-boot-spl. In those cases, the expansion
698 includes the BSS padding, so for example::
699
700     spl {
701         type = "u-boot-spl"
702     };
703
704 you actually get::
705
706     spl {
707         type = "u-boot-expanded';
708     };
709
710 which in turn expands to::
711
712     spl {
713         type = "section";
714
715         u-boot-spl-nodtb {
716         };
717
718         u-boot-spl-bss-pad {
719         };
720
721         u-boot-spl-dtb {
722         };
723     };
724
725 Of course we should not expand SPL if it has no devicetree. Also if the BSS
726 padding is not needed (because BSS is in RAM as with CONFIG_SPL_SEPARATE_BSS),
727 the 'u-boot-spl-bss-pad' subnode should not be created. The use of the expaned
728 entry type is controlled by the UseExpanded() method. In the SPL case it checks
729 the 'spl-dtb' entry arg, which is 'y' or '1' if SPL has a devicetree.
730
731 For the BSS case, a 'spl-bss-pad' entry arg controls whether it is present. All
732 entry args are provided by the U-Boot Makefile.
733
734
735 Compression
736 -----------
737
738 Binman support compression for 'blob' entries (those of type 'blob' and
739 derivatives). To enable this for an entry, add a 'compress' property::
740
741     blob {
742         filename = "datafile";
743         compress = "lz4";
744     };
745
746 The entry will then contain the compressed data, using the 'lz4' compression
747 algorithm. Currently this is the only one that is supported. The uncompressed
748 size is written to the node in an 'uncomp-size' property, if -u is used.
749
750 Compression is also supported for sections. In that case the entire section is
751 compressed in one block, including all its contents. This means that accessing
752 an entry from the section required decompressing the entire section. Also, the
753 size of a section indicates the space that it consumes in its parent section
754 (and typically the image). With compression, the section may contain more data,
755 and the uncomp-size property indicates that, as above. The contents of the
756 section is compressed first, before any padding is added. This ensures that the
757 padding itself is not compressed, which would be a waste of time.
758
759
760 Automatic .dtsi inclusion
761 -------------------------
762
763 It is sometimes inconvenient to add a 'binman' node to the .dts file for each
764 board. This can be done by using #include to bring in a common file. Another
765 approach supported by the U-Boot build system is to automatically include
766 a common header. You can then put the binman node (and anything else that is
767 specific to U-Boot, such as u-boot,dm-pre-reloc properies) in that header
768 file.
769
770 Binman will search for the following files in arch/<arch>/dts::
771
772    <dts>-u-boot.dtsi where <dts> is the base name of the .dts file
773    <CONFIG_SYS_SOC>-u-boot.dtsi
774    <CONFIG_SYS_CPU>-u-boot.dtsi
775    <CONFIG_SYS_VENDOR>-u-boot.dtsi
776    u-boot.dtsi
777
778 U-Boot will only use the first one that it finds. If you need to include a
779 more general file you can do that from the more specific file using #include.
780 If you are having trouble figuring out what is going on, you can uncomment
781 the 'warning' line in scripts/Makefile.lib to see what it has found::
782
783    # Uncomment for debugging
784    # This shows all the files that were considered and the one that we chose.
785    # u_boot_dtsi_options_debug = $(u_boot_dtsi_options_raw)
786
787
788 Entry Documentation
789 -------------------
790
791 For details on the various entry types supported by binman and how to use them,
792 see README.entries. This is generated from the source code using:
793
794     binman entry-docs >tools/binman/README.entries
795
796
797 Managing images
798 ===============
799
800 Listing images
801 --------------
802
803 It is possible to list the entries in an existing firmware image created by
804 binman, provided that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example::
805
806     $ binman ls -i image.bin
807     Name              Image-pos  Size  Entry-type    Offset  Uncomp-size
808     ----------------------------------------------------------------------
809     main-section                  c00  section            0
810       u-boot                  0     4  u-boot             0
811       section                     5fc  section            4
812         cbfs                100   400  cbfs               0
813           u-boot            138     4  u-boot            38
814           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb        80          3b5
815         u-boot-dtb          500   1ff  u-boot-dtb       400          3b5
816       fdtmap                6fc   381  fdtmap           6fc
817       image-header          bf8     8  image-header     bf8
818
819 This shows the hierarchy of the image, the position, size and type of each
820 entry, the offset of each entry within its parent and the uncompressed size if
821 the entry is compressed.
822
823 It is also possible to list just some files in an image, e.g.::
824
825     $ binman ls -i image.bin section/cbfs
826     Name              Image-pos  Size  Entry-type  Offset  Uncomp-size
827     --------------------------------------------------------------------
828         cbfs                100   400  cbfs             0
829           u-boot            138     4  u-boot          38
830           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb      80          3b5
831
832 or with wildcards::
833
834     $ binman ls -i image.bin "*cb*" "*head*"
835     Name              Image-pos  Size  Entry-type    Offset  Uncomp-size
836     ----------------------------------------------------------------------
837         cbfs                100   400  cbfs               0
838           u-boot            138     4  u-boot            38
839           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb        80          3b5
840       image-header          bf8     8  image-header     bf8
841
842
843 Extracting files from images
844 ----------------------------
845
846 You can extract files from an existing firmware image created by binman,
847 provided that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example::
848
849     $ binman extract -i image.bin section/cbfs/u-boot
850
851 which will write the uncompressed contents of that entry to the file 'u-boot' in
852 the current directory. You can also extract to a particular file, in this case
853 u-boot.bin::
854
855     $ binman extract -i image.bin section/cbfs/u-boot -f u-boot.bin
856
857 It is possible to extract all files into a destination directory, which will
858 put files in subdirectories matching the entry hierarchy::
859
860     $ binman extract -i image.bin -O outdir
861
862 or just a selection::
863
864     $ binman extract -i image.bin "*u-boot*" -O outdir
865
866
867 Replacing files in an image
868 ---------------------------
869
870 You can replace files in an existing firmware image created by binman, provided
871 that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example:
872
873     $ binman replace -i image.bin section/cbfs/u-boot
874
875 which will write the contents of the file 'u-boot' from the current directory
876 to the that entry, compressing if necessary. If the entry size changes, you must
877 add the 'allow-repack' property to the original image before generating it (see
878 above), otherwise you will get an error.
879
880 You can also use a particular file, in this case u-boot.bin::
881
882     $ binman replace -i image.bin section/cbfs/u-boot -f u-boot.bin
883
884 It is possible to replace all files from a source directory which uses the same
885 hierarchy as the entries::
886
887     $ binman replace -i image.bin -I indir
888
889 Files that are missing will generate a warning.
890
891 You can also replace just a selection of entries::
892
893     $ binman replace -i image.bin "*u-boot*" -I indir
894
895
896 Logging
897 -------
898
899 Binman normally operates silently unless there is an error, in which case it
900 just displays the error. The -D/--debug option can be used to create a full
901 backtrace when errors occur. You can use BINMAN_DEBUG=1 when building to select
902 this.
903
904 Internally binman logs some output while it is running. This can be displayed
905 by increasing the -v/--verbosity from the default of 1:
906
907    0: silent
908    1: warnings only
909    2: notices (important messages)
910    3: info about major operations
911    4: detailed information about each operation
912    5: debug (all output)
913
914 You can use BINMAN_VERBOSE=5 (for example) when building to select this.
915
916
917 Technical details
918 =================
919
920 Order of image creation
921 -----------------------
922
923 Image creation proceeds in the following order, for each entry in the image.
924
925 1. AddMissingProperties() - binman can add calculated values to the device
926 tree as part of its processing, for example the offset and size of each
927 entry. This method adds any properties associated with this, expanding the
928 device tree as needed. These properties can have placeholder values which are
929 set later by SetCalculatedProperties(). By that stage the size of sections
930 cannot be changed (since it would cause the images to need to be repacked),
931 but the correct values can be inserted.
932
933 2. ProcessFdt() - process the device tree information as required by the
934 particular entry. This may involve adding or deleting properties. If the
935 processing is complete, this method should return True. If the processing
936 cannot complete because it needs the ProcessFdt() method of another entry to
937 run first, this method should return False, in which case it will be called
938 again later.
939
940 3. GetEntryContents() - the contents of each entry are obtained, normally by
941 reading from a file. This calls the Entry.ObtainContents() to read the
942 contents. The default version of Entry.ObtainContents() calls
943 Entry.GetDefaultFilename() and then reads that file. So a common mechanism
944 to select a file to read is to override that function in the subclass. The
945 functions must return True when they have read the contents. Binman will
946 retry calling the functions a few times if False is returned, allowing
947 dependencies between the contents of different entries.
948
949 4. GetEntryOffsets() - calls Entry.GetOffsets() for each entry. This can
950 return a dict containing entries that need updating. The key should be the
951 entry name and the value is a tuple (offset, size). This allows an entry to
952 provide the offset and size for other entries. The default implementation
953 of GetEntryOffsets() returns {}.
954
955 5. PackEntries() - calls Entry.Pack() which figures out the offset and
956 size of an entry. The 'current' image offset is passed in, and the function
957 returns the offset immediately after the entry being packed. The default
958 implementation of Pack() is usually sufficient.
959
960 Note: for sections, this also checks that the entries do not overlap, nor extend
961 outside the section. If the section does not have a defined size, the size is
962 set large enough to hold all the entries.
963
964 6. SetImagePos() - sets the image position of every entry. This is the absolute
965 position 'image-pos', as opposed to 'offset' which is relative to the containing
966 section. This must be done after all offsets are known, which is why it is quite
967 late in the ordering.
968
969 7. SetCalculatedProperties() - update any calculated properties in the device
970 tree. This sets the correct 'offset' and 'size' vaues, for example.
971
972 8. ProcessEntryContents() - this calls Entry.ProcessContents() on each entry.
973 The default implementatoin does nothing. This can be overriden to adjust the
974 contents of an entry in some way. For example, it would be possible to create
975 an entry containing a hash of the contents of some other entries. At this
976 stage the offset and size of entries should not be adjusted unless absolutely
977 necessary, since it requires a repack (going back to PackEntries()).
978
979 9. ResetForPack() - if the ProcessEntryContents() step failed, in that an entry
980 has changed its size, then there is no alternative but to go back to step 5 and
981 try again, repacking the entries with the updated size. ResetForPack() removes
982 the fixed offset/size values added by binman, so that the packing can start from
983 scratch.
984
985 10. WriteSymbols() - write the value of symbols into the U-Boot SPL binary.
986 See 'Access to binman entry offsets at run time' below for a description of
987 what happens in this stage.
988
989 11. BuildImage() - builds the image and writes it to a file
990
991 12. WriteMap() - writes a text file containing a map of the image. This is the
992 final step.
993
994
995 External tools
996 --------------
997
998 Binman can make use of external command-line tools to handle processing of
999 entry contents or to generate entry contents. These tools are executed using
1000 the 'tools' module's Run() method. The tools generally must exist on the PATH,
1001 but the --toolpath option can be used to specify additional search paths to
1002 use. This option can be specified multiple times to add more than one path.
1003
1004 For some compile tools binman will use the versions specified by commonly-used
1005 environment variables like CC and HOSTCC for the C compiler, based on whether
1006 the tool's output will be used for the target or for the host machine. If those
1007 aren't given, it will also try to derive target-specific versions from the
1008 CROSS_COMPILE environment variable during a cross-compilation.
1009
1010
1011 Code coverage
1012 -------------
1013
1014 Binman is a critical tool and is designed to be very testable. Entry
1015 implementations target 100% test coverage. Run 'binman test -T' to check this.
1016
1017 To enable Python test coverage on Debian-type distributions (e.g. Ubuntu)::
1018
1019    $ sudo apt-get install python-coverage python3-coverage python-pytest
1020
1021
1022 Concurrent tests
1023 ----------------
1024
1025 Binman tries to run tests concurrently. This means that the tests make use of
1026 all available CPUs to run.
1027
1028  To enable this::
1029
1030    $ sudo apt-get install python-subunit python3-subunit
1031
1032 Use '-P 1' to disable this. It is automatically disabled when code coverage is
1033 being used (-T) since they are incompatible.
1034
1035
1036 Debugging tests
1037 ---------------
1038
1039 Sometimes when debugging tests it is useful to keep the input and output
1040 directories so they can be examined later. Use -X or --test-preserve-dirs for
1041 this.
1042
1043
1044 Running tests on non-x86 architectures
1045 --------------------------------------
1046
1047 Binman's tests have been written under the assumption that they'll be run on a
1048 x86-like host and there hasn't been an attempt to make them portable yet.
1049 However, it's possible to run the tests by cross-compiling to x86.
1050
1051 To install an x86 cross-compiler on Debian-type distributions (e.g. Ubuntu)::
1052
1053   $ sudo apt-get install gcc-x86-64-linux-gnu
1054
1055 Then, you can run the tests under cross-compilation::
1056
1057   $ CROSS_COMPILE=x86_64-linux-gnu- binman test -T
1058
1059 You can also use gcc-i686-linux-gnu similar to the above.
1060
1061
1062 Writing new entries and debugging
1063 ---------------------------------
1064
1065 The behaviour of entries is defined by the Entry class. All other entries are
1066 a subclass of this. An important subclass is Entry_blob which takes binary
1067 data from a file and places it in the entry. In fact most entry types are
1068 subclasses of Entry_blob.
1069
1070 Each entry type is a separate file in the tools/binman/etype directory. Each
1071 file contains a class called Entry_<type> where <type> is the entry type.
1072 New entry types can be supported by adding new files in that directory.
1073 These will automatically be detected by binman when needed.
1074
1075 Entry properties are documented in entry.py. The entry subclasses are free
1076 to change the values of properties to support special behaviour. For example,
1077 when Entry_blob loads a file, it sets content_size to the size of the file.
1078 Entry classes can adjust other entries. For example, an entry that knows
1079 where other entries should be positioned can set up those entries' offsets
1080 so they don't need to be set in the binman decription. It can also adjust
1081 entry contents.
1082
1083 Most of the time such essoteric behaviour is not needed, but it can be
1084 essential for complex images.
1085
1086 If you need to specify a particular device-tree compiler to use, you can define
1087 the DTC environment variable. This can be useful when the system dtc is too
1088 old.
1089
1090 To enable a full backtrace and other debugging features in binman, pass
1091 BINMAN_DEBUG=1 to your build::
1092
1093    make qemu-x86_defconfig
1094    make BINMAN_DEBUG=1
1095
1096 To enable verbose logging from binman, base BINMAN_VERBOSE to your build, which
1097 adds a -v<level> option to the call to binman::
1098
1099    make qemu-x86_defconfig
1100    make BINMAN_VERBOSE=5
1101
1102
1103 History / Credits
1104 -----------------
1105
1106 Binman takes a lot of inspiration from a Chrome OS tool called
1107 'cros_bundle_firmware', which I wrote some years ago. That tool was based on
1108 a reasonably simple and sound design but has expanded greatly over the
1109 years. In particular its handling of x86 images is convoluted.
1110
1111 Quite a few lessons have been learned which are hopefully applied here.
1112
1113
1114 Design notes
1115 ------------
1116
1117 On the face of it, a tool to create firmware images should be fairly simple:
1118 just find all the input binaries and place them at the right place in the
1119 image. The difficulty comes from the wide variety of input types (simple
1120 flat binaries containing code, packaged data with various headers), packing
1121 requirments (alignment, spacing, device boundaries) and other required
1122 features such as hierarchical images.
1123
1124 The design challenge is to make it easy to create simple images, while
1125 allowing the more complex cases to be supported. For example, for most
1126 images we don't much care exactly where each binary ends up, so we should
1127 not have to specify that unnecessarily.
1128
1129 New entry types should aim to provide simple usage where possible. If new
1130 core features are needed, they can be added in the Entry base class.
1131
1132
1133 To do
1134 -----
1135
1136 Some ideas:
1137
1138 - Use of-platdata to make the information available to code that is unable
1139   to use device tree (such as a very small SPL image)
1140 - Allow easy building of images by specifying just the board name
1141 - Support building an image for a board (-b) more completely, with a
1142   configurable build directory
1143 - Detect invalid properties in nodes
1144 - Sort the fdtmap by offset
1145 - Output temporary files to a different directory
1146
1147 --
1148 Simon Glass <sjg@chromium.org>
1149 7/7/2016