binman: Support packaging U-Boot for scenarios like OF_BOARD or OF_PRIOR_STAGE
[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 Building firmware should be separate from packaging it. Many of the complexities
13 of modern firmware build systems come from trying to do both at once. With
14 binman, you build all the pieces that are needed, using whatever assortment of
15 projects and build systems are needed, then use binman to stitch everything
16 together.
17
18
19 What it does
20 ------------
21
22 Binman reads your board's device tree and finds a node which describes the
23 required image layout. It uses this to work out what to place where.
24
25 Binman provides a mechanism for building images, from simple SPL + U-Boot
26 combinations, to more complex arrangements with many parts. It also allows
27 users to inspect images, extract and replace binaries within them, repacking if
28 needed.
29
30
31 Features
32 --------
33
34 Apart from basic padding, alignment and positioning features, Binman supports
35 hierarchical images, compression, hashing and dealing with the binary blobs
36 which are a sad trend in open-source firmware at present.
37
38 Executable binaries can access the location of other binaries in an image by
39 using special linker symbols (zero-overhead but somewhat limited) or by reading
40 the devicetree description of the image.
41
42 Binman is designed primarily for use with U-Boot and associated binaries such
43 as ARM Trusted Firmware, but it is suitable for use with other projects, such
44 as Zephyr. Binman also provides facilities useful in Chromium OS, such as CBFS,
45 vblocks and and the like.
46
47 Binman provides a way to process binaries before they are included, by adding a
48 Python plug-in.
49
50 Binman is intended for use with U-Boot but is designed to be general enough
51 to be useful in other image-packaging situations.
52
53
54 Motivation
55 ----------
56
57 As mentioned above, packaging of firmware is quite a different task from
58 building the various parts. In many cases the various binaries which go into
59 the image come from separate build systems. For example, ARM Trusted Firmware
60 is used on ARMv8 devices but is not built in the U-Boot tree. If a Linux kernel
61 is included in the firmware image, it is built elsewhere.
62
63 It is of course possible to add more and more build rules to the U-Boot
64 build system to cover these cases. It can shell out to other Makefiles and
65 build scripts. But it seems better to create a clear divide between building
66 software and packaging it.
67
68 At present this is handled by manual instructions, different for each board,
69 on how to create images that will boot. By turning these instructions into a
70 standard format, we can support making valid images for any board without
71 manual effort, lots of READMEs, etc.
72
73 Benefits:
74
75   - Each binary can have its own build system and tool chain without creating
76     any dependencies between them
77   - Avoids the need for a single-shot build: individual parts can be updated
78     and brought in as needed
79   - Provides for a standard image description available in the build and at
80     run-time
81   - SoC-specific image-signing tools can be accommodated
82   - Avoids cluttering the U-Boot build system with image-building code
83   - The image description is automatically available at run-time in U-Boot,
84     SPL. It can be made available to other software also
85   - The image description is easily readable (it's a text file in device-tree
86     format) and permits flexible packing of binaries
87
88
89 Terminology
90 -----------
91
92 Binman uses the following terms:
93
94 - image - an output file containing a firmware image
95 - binary - an input binary that goes into the image
96
97
98 Relationship to FIT
99 -------------------
100
101 FIT is U-Boot's official image format. It supports multiple binaries with
102 load / execution addresses, compression. It also supports verification
103 through hashing and RSA signatures.
104
105 FIT was originally designed to support booting a Linux kernel (with an
106 optional ramdisk) and device tree chosen from various options in the FIT.
107 Now that U-Boot supports configuration via device tree, it is possible to
108 load U-Boot from a FIT, with the device tree chosen by SPL.
109
110 Binman considers FIT to be one of the binaries it can place in the image.
111
112 Where possible it is best to put as much as possible in the FIT, with binman
113 used to deal with cases not covered by FIT. Examples include initial
114 execution (since FIT itself does not have an executable header) and dealing
115 with device boundaries, such as the read-only/read-write separation in SPI
116 flash.
117
118 For U-Boot, binman should not be used to create ad-hoc images in place of
119 FIT.
120
121
122 Relationship to mkimage
123 -----------------------
124
125 The mkimage tool provides a means to create a FIT. Traditionally it has
126 needed an image description file: a device tree, like binman, but in a
127 different format. More recently it has started to support a '-f auto' mode
128 which can generate that automatically.
129
130 More relevant to binman, mkimage also permits creation of many SoC-specific
131 image types. These can be listed by running 'mkimage -T list'. Examples
132 include 'rksd', the Rockchip SD/MMC boot format. The mkimage tool is often
133 called from the U-Boot build system for this reason.
134
135 Binman considers the output files created by mkimage to be binary blobs
136 which it can place in an image. Binman does not replace the mkimage tool or
137 this purpose. It would be possible in some situations to create a new entry
138 type for the images in mkimage, but this would not add functionality. It
139 seems better to use the mkimage tool to generate binaries and avoid blurring
140 the boundaries between building input files (mkimage) and packaging then
141 into a final image (binman).
142
143
144 Using binman
145 ============
146
147 Example use of binman in U-Boot
148 -------------------------------
149
150 Binman aims to replace some of the ad-hoc image creation in the U-Boot
151 build system.
152
153 Consider sunxi. It has the following steps:
154
155   #. It uses a custom mksunxiboot tool to build an SPL image called
156      sunxi-spl.bin. This should probably move into mkimage.
157
158   #. It uses mkimage to package U-Boot into a legacy image file (so that it can
159      hold the load and execution address) called u-boot.img.
160
161   #. It builds a final output image called u-boot-sunxi-with-spl.bin which
162      consists of sunxi-spl.bin, some padding and u-boot.img.
163
164 Binman is intended to replace the last step. The U-Boot build system builds
165 u-boot.bin and sunxi-spl.bin. Binman can then take over creation of
166 sunxi-spl.bin (by calling mksunxiboot, or hopefully one day mkimage). In any
167 case, it would then create the image from the component parts.
168
169 This simplifies the U-Boot Makefile somewhat, since various pieces of logic
170 can be replaced by a call to binman.
171
172
173 Example use of binman for x86
174 -----------------------------
175
176 In most cases x86 images have a lot of binary blobs, 'black-box' code
177 provided by Intel which must be run for the platform to work. Typically
178 these blobs are not relocatable and must be placed at fixed areas in the
179 firmware image.
180
181 Currently this is handled by ifdtool, which places microcode, FSP, MRC, VGA
182 BIOS, reference code and Intel ME binaries into a u-boot.rom file.
183
184 Binman is intended to replace all of this, with ifdtool left to handle only
185 the configuration of the Intel-format descriptor.
186
187
188 Running binman
189 --------------
190
191 First install prerequisites, e.g::
192
193     sudo apt-get install python-pyelftools python3-pyelftools lzma-alone \
194         liblz4-tool
195
196 Type::
197
198     binman build -b <board_name>
199
200 to build an image for a board. The board name is the same name used when
201 configuring U-Boot (e.g. for sandbox_defconfig the board name is 'sandbox').
202 Binman assumes that the input files for the build are in ../b/<board_name>.
203
204 Or you can specify this explicitly::
205
206     binman build -I <build_path>
207
208 where <build_path> is the build directory containing the output of the U-Boot
209 build.
210
211 (Future work will make this more configurable)
212
213 In either case, binman picks up the device tree file (u-boot.dtb) and looks
214 for its instructions in the 'binman' node.
215
216 Binman has a few other options which you can see by running 'binman -h'.
217
218
219 Enabling binman for a board
220 ---------------------------
221
222 At present binman is invoked from a rule in the main Makefile. You should be
223 able to enable CONFIG_BINMAN to enable this rule.
224
225 The output file is typically named image.bin and is located in the output
226 directory. If input files are needed to you add these to INPUTS-y either in the
227 main Makefile or in a config.mk file in your arch subdirectory.
228
229 Once binman is executed it will pick up its instructions from a device-tree
230 file, typically <soc>-u-boot.dtsi, where <soc> is your CONFIG_SYS_SOC value.
231 You can use other, more specific CONFIG options - see 'Automatic .dtsi
232 inclusion' below.
233
234
235 Using binman with OF_BOARD or OF_PRIOR_STAGE
236 --------------------------------------------
237
238 Normally binman is used with a board configured with OF_SEPARATE or OF_EMBED.
239 This is a typical scenario where a device tree source that contains the binman
240 node is provided in the arch/<arch>/dts directory for a specific board.
241
242 However for a board configured with OF_BOARD or OF_PRIOR_STAGE, no device tree
243 blob is provided in the U-Boot build phase hence the binman node information
244 is not available. In order to support such use case, a new Kconfig option
245 BINMAN_STANDALONE_FDT is introduced, to tell the build system that a standalone
246 device tree blob containing binman node is explicitly required.
247
248 Note there is a Kconfig option BINMAN_FDT which enables U-Boot run time to
249 access information about binman entries, stored in the device tree in a binman
250 node. Generally speaking, this option makes sense for OF_SEPARATE or OF_EMBED.
251 For the other OF_CONTROL methods, it's quite possible binman node is not
252 available as binman is invoked during the build phase, thus this option is not
253 turned on by default for these OF_CONTROL methods.
254
255 See qemu-riscv64_spl_defconfig for an example of how binman is used with
256 OF_PRIOR_STAGE to generate u-boot.itb image.
257
258
259 Access to binman entry offsets at run time (symbols)
260 ----------------------------------------------------
261
262 Binman assembles images and determines where each entry is placed in the image.
263 This information may be useful to U-Boot at run time. For example, in SPL it
264 is useful to be able to find the location of U-Boot so that it can be executed
265 when SPL is finished.
266
267 Binman allows you to declare symbols in the SPL image which are filled in
268 with their correct values during the build. For example::
269
270     binman_sym_declare(ulong, u_boot_any, image_pos);
271
272 declares a ulong value which will be assigned to the image-pos of any U-Boot
273 image (u-boot.bin, u-boot.img, u-boot-nodtb.bin) that is present in the image.
274 You can access this value with something like::
275
276     ulong u_boot_offset = binman_sym(ulong, u_boot_any, image_pos);
277
278 Thus u_boot_offset will be set to the image-pos of U-Boot in memory, assuming
279 that the whole image has been loaded, or is available in flash. You can then
280 jump to that address to start U-Boot.
281
282 At present this feature is only supported in SPL and TPL. In principle it is
283 possible to fill in such symbols in U-Boot proper, as well, but a future C
284 library is planned for this instead, to read from the device tree.
285
286 As well as image-pos, it is possible to read the size of an entry and its
287 offset (which is the start position of the entry within its parent).
288
289 A small technical note: Binman automatically adds the base address of the image
290 (i.e. __image_copy_start) to the value of the image-pos symbol, so that when the
291 image is loaded to its linked address, the value will be correct and actually
292 point into the image.
293
294 For example, say SPL is at the start of the image and linked to start at address
295 80108000. If U-Boot's image-pos is 0x8000 then binman will write an image-pos
296 for U-Boot of 80110000 into the SPL binary, since it assumes the image is loaded
297 to 80108000, with SPL at 80108000 and U-Boot at 80110000.
298
299 For x86 devices (with the end-at-4gb property) this base address is not added
300 since it is assumed that images are XIP and the offsets already include the
301 address.
302
303
304 Access to binman entry offsets at run time (fdt)
305 ------------------------------------------------
306
307 Binman can update the U-Boot FDT to include the final position and size of
308 each entry in the images it processes. The option to enable this is -u and it
309 causes binman to make sure that the 'offset', 'image-pos' and 'size' properties
310 are set correctly for every entry. Since it is not necessary to specify these in
311 the image definition, binman calculates the final values and writes these to
312 the device tree. These can be used by U-Boot at run-time to find the location
313 of each entry.
314
315 Alternatively, an FDT map entry can be used to add a special FDT containing
316 just the information about the image. This is preceded by a magic string so can
317 be located anywhere in the image. An image header (typically at the start or end
318 of the image) can be used to point to the FDT map. See fdtmap and image-header
319 entries for more information.
320
321
322 Map files
323 ---------
324
325 The -m option causes binman to output a .map file for each image that it
326 generates. This shows the offset and size of each entry. For example::
327
328       Offset      Size  Name
329     00000000  00000028  main-section
330      00000000  00000010  section@0
331       00000000  00000004  u-boot
332      00000010  00000010  section@1
333       00000000  00000004  u-boot
334
335 This shows a hierarchical image with two sections, each with a single entry. The
336 offsets of the sections are absolute hex byte offsets within the image. The
337 offsets of the entries are relative to their respective sections. The size of
338 each entry is also shown, in bytes (hex). The indentation shows the entries
339 nested inside their sections.
340
341
342 Passing command-line arguments to entries
343 -----------------------------------------
344
345 Sometimes it is useful to pass binman the value of an entry property from the
346 command line. For example some entries need access to files and it is not
347 always convenient to put these filenames in the image definition (device tree).
348
349 The -a option supports this::
350
351     -a <prop>=<value>
352
353 where::
354
355     <prop> is the property to set
356     <value> is the value to set it to
357
358 Not all properties can be provided this way. Only some entries support it,
359 typically for filenames.
360
361
362 Image description format
363 ========================
364
365 The binman node is called 'binman'. An example image description is shown
366 below::
367
368     binman {
369         filename = "u-boot-sunxi-with-spl.bin";
370         pad-byte = <0xff>;
371         blob {
372             filename = "spl/sunxi-spl.bin";
373         };
374         u-boot {
375             offset = <CONFIG_SPL_PAD_TO>;
376         };
377     };
378
379
380 This requests binman to create an image file called u-boot-sunxi-with-spl.bin
381 consisting of a specially formatted SPL (spl/sunxi-spl.bin, built by the
382 normal U-Boot Makefile), some 0xff padding, and a U-Boot legacy image. The
383 padding comes from the fact that the second binary is placed at
384 CONFIG_SPL_PAD_TO. If that line were omitted then the U-Boot binary would
385 immediately follow the SPL binary.
386
387 The binman node describes an image. The sub-nodes describe entries in the
388 image. Each entry represents a region within the overall image. The name of
389 the entry (blob, u-boot) tells binman what to put there. For 'blob' we must
390 provide a filename. For 'u-boot', binman knows that this means 'u-boot.bin'.
391
392 Entries are normally placed into the image sequentially, one after the other.
393 The image size is the total size of all entries. As you can see, you can
394 specify the start offset of an entry using the 'offset' property.
395
396 Note that due to a device tree requirement, all entries must have a unique
397 name. If you want to put the same binary in the image multiple times, you can
398 use any unique name, with the 'type' property providing the type.
399
400 The attributes supported for entries are described below.
401
402 offset:
403     This sets the offset of an entry within the image or section containing
404     it. The first byte of the image is normally at offset 0. If 'offset' is
405     not provided, binman sets it to the end of the previous region, or the
406     start of the image's entry area (normally 0) if there is no previous
407     region.
408
409 align:
410     This sets the alignment of the entry. The entry offset is adjusted
411     so that the entry starts on an aligned boundary within the containing
412     section or image. For example 'align = <16>' means that the entry will
413     start on a 16-byte boundary. This may mean that padding is added before
414     the entry. The padding is part of the containing section but is not
415     included in the entry, meaning that an empty space may be created before
416     the entry starts. Alignment should be a power of 2. If 'align' is not
417     provided, no alignment is performed.
418
419 size:
420     This sets the size of the entry. The contents will be padded out to
421     this size. If this is not provided, it will be set to the size of the
422     contents.
423
424 pad-before:
425     Padding before the contents of the entry. Normally this is 0, meaning
426     that the contents start at the beginning of the entry. This can be used
427     to offset the entry contents a little. While this does not affect the
428     contents of the entry within binman itself (the padding is performed
429     only when its parent section is assembled), the end result will be that
430     the entry starts with the padding bytes, so may grow. Defaults to 0.
431
432 pad-after:
433     Padding after the contents of the entry. Normally this is 0, meaning
434     that the entry ends at the last byte of content (unless adjusted by
435     other properties). This allows room to be created in the image for
436     this entry to expand later. While this does not affect the contents of
437     the entry within binman itself (the padding is performed only when its
438     parent section is assembled), the end result will be that the entry ends
439     with the padding bytes, so may grow. Defaults to 0.
440
441 align-size:
442     This sets the alignment of the entry size. For example, to ensure
443     that the size of an entry is a multiple of 64 bytes, set this to 64.
444     While this does not affect the contents of the entry within binman
445     itself (the padding is performed only when its parent section is
446     assembled), the end result is that the entry ends with the padding
447     bytes, so may grow. If 'align-size' is not provided, no alignment is
448     performed.
449
450 align-end:
451     This sets the alignment of the end of an entry with respect to the
452     containing section. Some entries require that they end on an alignment
453     boundary, regardless of where they start. This does not move the start
454     of the entry, so the contents of the entry will still start at the
455     beginning. But there may be padding at the end. While this does not
456     affect the contents of the entry within binman itself (the padding is
457     performed only when its parent section is assembled), the end result
458     is that the entry ends with the padding bytes, so may grow.
459     If 'align-end' is not provided, no alignment is performed.
460
461 filename:
462     For 'blob' types this provides the filename containing the binary to
463     put into the entry. If binman knows about the entry type (like
464     u-boot-bin), then there is no need to specify this.
465
466 type:
467     Sets the type of an entry. This defaults to the entry name, but it is
468     possible to use any name, and then add (for example) 'type = "u-boot"'
469     to specify the type.
470
471 offset-unset:
472     Indicates that the offset of this entry should not be set by placing
473     it immediately after the entry before. Instead, is set by another
474     entry which knows where this entry should go. When this boolean
475     property is present, binman will give an error if another entry does
476     not set the offset (with the GetOffsets() method).
477
478 image-pos:
479     This cannot be set on entry (or at least it is ignored if it is), but
480     with the -u option, binman will set it to the absolute image position
481     for each entry. This makes it easy to find out exactly where the entry
482     ended up in the image, regardless of parent sections, etc.
483
484 expand-size:
485     Expand the size of this entry to fit available space. This space is only
486     limited by the size of the image/section and the position of the next
487     entry.
488
489 compress:
490     Sets the compression algortihm to use (for blobs only). See the entry
491     documentation for details.
492
493 missing-msg:
494     Sets the tag of the message to show if this entry is missing. This is
495     used for external blobs. When they are missing it is helpful to show
496     information about what needs to be fixed. See missing-blob-help for the
497     message for each tag.
498
499 no-expanded:
500     By default binman substitutes entries with expanded versions if available,
501     so that a `u-boot` entry type turns into `u-boot-expanded`, for example. The
502     `--no-expanded` command-line option disables this globally. The
503     `no-expanded` property disables this just for a single entry. Put the
504     `no-expanded` boolean property in the node to select this behaviour.
505
506 The attributes supported for images and sections are described below. Several
507 are similar to those for entries.
508
509 size:
510     Sets the image size in bytes, for example 'size = <0x100000>' for a
511     1MB image.
512
513 offset:
514     This is similar to 'offset' in entries, setting the offset of a section
515     within the image or section containing it. The first byte of the section
516     is normally at offset 0. If 'offset' is not provided, binman sets it to
517     the end of the previous region, or the start of the image's entry area
518     (normally 0) if there is no previous region.
519
520 align-size:
521     This sets the alignment of the image size. For example, to ensure
522     that the image ends on a 512-byte boundary, use 'align-size = <512>'.
523     If 'align-size' is not provided, no alignment is performed.
524
525 pad-before:
526     This sets the padding before the image entries. The first entry will
527     be positioned after the padding. This defaults to 0.
528
529 pad-after:
530     This sets the padding after the image entries. The padding will be
531     placed after the last entry. This defaults to 0.
532
533 pad-byte:
534     This specifies the pad byte to use when padding in the image. It
535     defaults to 0. To use 0xff, you would add 'pad-byte = <0xff>'.
536
537 filename:
538     This specifies the image filename. It defaults to 'image.bin'.
539
540 sort-by-offset:
541     This causes binman to reorder the entries as needed to make sure they
542     are in increasing positional order. This can be used when your entry
543     order may not match the positional order. A common situation is where
544     the 'offset' properties are set by CONFIG options, so their ordering is
545     not known a priori.
546
547     This is a boolean property so needs no value. To enable it, add a
548     line 'sort-by-offset;' to your description.
549
550 multiple-images:
551     Normally only a single image is generated. To create more than one
552     image, put this property in the binman node. For example, this will
553     create image1.bin containing u-boot.bin, and image2.bin containing
554     both spl/u-boot-spl.bin and u-boot.bin::
555
556         binman {
557             multiple-images;
558             image1 {
559                 u-boot {
560                 };
561             };
562
563             image2 {
564                 spl {
565                 };
566                 u-boot {
567                 };
568             };
569         };
570
571 end-at-4gb:
572     For x86 machines the ROM offsets start just before 4GB and extend
573     up so that the image finished at the 4GB boundary. This boolean
574     option can be enabled to support this. The image size must be
575     provided so that binman knows when the image should start. For an
576     8MB ROM, the offset of the first entry would be 0xfff80000 with
577     this option, instead of 0 without this option.
578
579 skip-at-start:
580     This property specifies the entry offset of the first entry.
581
582     For PowerPC mpc85xx based CPU, CONFIG_SYS_TEXT_BASE is the entry
583     offset of the first entry. It can be 0xeff40000 or 0xfff40000 for
584     nor flash boot, 0x201000 for sd boot etc.
585
586     'end-at-4gb' property is not applicable where CONFIG_SYS_TEXT_BASE +
587     Image size != 4gb.
588
589 align-default:
590     Specifies the default alignment for entries in this section, if they do
591     not specify an alignment. Note that this only applies to top-level entries
592     in the section (direct subentries), not any subentries of those entries.
593     This means that each section must specify its own default alignment, if
594     required.
595
596 Examples of the above options can be found in the tests. See the
597 tools/binman/test directory.
598
599 It is possible to have the same binary appear multiple times in the image,
600 either by using a unit number suffix (u-boot@0, u-boot@1) or by using a
601 different name for each and specifying the type with the 'type' attribute.
602
603
604 Sections and hierachical images
605 -------------------------------
606
607 Sometimes it is convenient to split an image into several pieces, each of which
608 contains its own set of binaries. An example is a flash device where part of
609 the image is read-only and part is read-write. We can set up sections for each
610 of these, and place binaries in them independently. The image is still produced
611 as a single output file.
612
613 This feature provides a way of creating hierarchical images. For example here
614 is an example image with two copies of U-Boot. One is read-only (ro), intended
615 to be written only in the factory. Another is read-write (rw), so that it can be
616 upgraded in the field. The sizes are fixed so that the ro/rw boundary is known
617 and can be programmed::
618
619     binman {
620         section@0 {
621             read-only;
622             name-prefix = "ro-";
623             size = <0x100000>;
624             u-boot {
625             };
626         };
627         section@1 {
628             name-prefix = "rw-";
629             size = <0x100000>;
630             u-boot {
631             };
632         };
633     };
634
635 This image could be placed into a SPI flash chip, with the protection boundary
636 set at 1MB.
637
638 A few special properties are provided for sections:
639
640 read-only:
641     Indicates that this section is read-only. This has no impact on binman's
642     operation, but his property can be read at run time.
643
644 name-prefix:
645     This string is prepended to all the names of the binaries in the
646     section. In the example above, the 'u-boot' binaries which actually be
647     renamed to 'ro-u-boot' and 'rw-u-boot'. This can be useful to
648     distinguish binaries with otherwise identical names.
649
650
651 Image Properties
652 ----------------
653
654 Image nodes act like sections but also have a few extra properties:
655
656 filename:
657     Output filename for the image. This defaults to image.bin (or in the
658     case of multiple images <nodename>.bin where <nodename> is the name of
659     the image node.
660
661 allow-repack:
662     Create an image that can be repacked. With this option it is possible
663     to change anything in the image after it is created, including updating
664     the position and size of image components. By default this is not
665     permitted since it is not possibly to know whether this might violate a
666     constraint in the image description. For example, if a section has to
667     increase in size to hold a larger binary, that might cause the section
668     to fall out of its allow region (e.g. read-only portion of flash).
669
670     Adding this property causes the original offset and size values in the
671     image description to be stored in the FDT and fdtmap.
672
673
674 Hashing Entries
675 ---------------
676
677 It is possible to ask binman to hash the contents of an entry and write that
678 value back to the device-tree node. For example::
679
680     binman {
681         u-boot {
682             hash {
683                 algo = "sha256";
684             };
685         };
686     };
687
688 Here, a new 'value' property will be written to the 'hash' node containing
689 the hash of the 'u-boot' entry. Only SHA256 is supported at present. Whole
690 sections can be hased if desired, by adding the 'hash' node to the section.
691
692 The has value can be chcked at runtime by hashing the data actually read and
693 comparing this has to the value in the device tree.
694
695
696 Expanded entries
697 ----------------
698
699 Binman automatically replaces 'u-boot' with an expanded version of that, i.e.
700 'u-boot-expanded'. This means that when you write::
701
702     u-boot {
703     };
704
705 you actually get::
706
707     u-boot {
708         type = "u-boot-expanded';
709     };
710
711 which in turn expands to::
712
713     u-boot {
714         type = "section";
715
716         u-boot-nodtb {
717         };
718
719         u-boot-dtb {
720         };
721     };
722
723 U-Boot's various phase binaries actually comprise two or three pieces.
724 For example, u-boot.bin has the executable followed by a devicetree.
725
726 With binman we want to be able to update that devicetree with full image
727 information so that it is accessible to the executable. This is tricky
728 if it is not clear where the devicetree starts.
729
730 The above feature ensures that the devicetree is clearly separated from the
731 U-Boot executable and can be updated separately by binman as needed. It can be
732 disabled with the --no-expanded flag if required.
733
734 The same applies for u-boot-spl and u-boot-spl. In those cases, the expansion
735 includes the BSS padding, so for example::
736
737     spl {
738         type = "u-boot-spl"
739     };
740
741 you actually get::
742
743     spl {
744         type = "u-boot-expanded';
745     };
746
747 which in turn expands to::
748
749     spl {
750         type = "section";
751
752         u-boot-spl-nodtb {
753         };
754
755         u-boot-spl-bss-pad {
756         };
757
758         u-boot-spl-dtb {
759         };
760     };
761
762 Of course we should not expand SPL if it has no devicetree. Also if the BSS
763 padding is not needed (because BSS is in RAM as with CONFIG_SPL_SEPARATE_BSS),
764 the 'u-boot-spl-bss-pad' subnode should not be created. The use of the expaned
765 entry type is controlled by the UseExpanded() method. In the SPL case it checks
766 the 'spl-dtb' entry arg, which is 'y' or '1' if SPL has a devicetree.
767
768 For the BSS case, a 'spl-bss-pad' entry arg controls whether it is present. All
769 entry args are provided by the U-Boot Makefile.
770
771
772 Compression
773 -----------
774
775 Binman support compression for 'blob' entries (those of type 'blob' and
776 derivatives). To enable this for an entry, add a 'compress' property::
777
778     blob {
779         filename = "datafile";
780         compress = "lz4";
781     };
782
783 The entry will then contain the compressed data, using the 'lz4' compression
784 algorithm. Currently this is the only one that is supported. The uncompressed
785 size is written to the node in an 'uncomp-size' property, if -u is used.
786
787 Compression is also supported for sections. In that case the entire section is
788 compressed in one block, including all its contents. This means that accessing
789 an entry from the section required decompressing the entire section. Also, the
790 size of a section indicates the space that it consumes in its parent section
791 (and typically the image). With compression, the section may contain more data,
792 and the uncomp-size property indicates that, as above. The contents of the
793 section is compressed first, before any padding is added. This ensures that the
794 padding itself is not compressed, which would be a waste of time.
795
796
797 Automatic .dtsi inclusion
798 -------------------------
799
800 It is sometimes inconvenient to add a 'binman' node to the .dts file for each
801 board. This can be done by using #include to bring in a common file. Another
802 approach supported by the U-Boot build system is to automatically include
803 a common header. You can then put the binman node (and anything else that is
804 specific to U-Boot, such as u-boot,dm-pre-reloc properies) in that header
805 file.
806
807 Binman will search for the following files in arch/<arch>/dts::
808
809    <dts>-u-boot.dtsi where <dts> is the base name of the .dts file
810    <CONFIG_SYS_SOC>-u-boot.dtsi
811    <CONFIG_SYS_CPU>-u-boot.dtsi
812    <CONFIG_SYS_VENDOR>-u-boot.dtsi
813    u-boot.dtsi
814
815 U-Boot will only use the first one that it finds. If you need to include a
816 more general file you can do that from the more specific file using #include.
817 If you are having trouble figuring out what is going on, you can uncomment
818 the 'warning' line in scripts/Makefile.lib to see what it has found::
819
820    # Uncomment for debugging
821    # This shows all the files that were considered and the one that we chose.
822    # u_boot_dtsi_options_debug = $(u_boot_dtsi_options_raw)
823
824
825 Entry Documentation
826 ===================
827
828 For details on the various entry types supported by binman and how to use them,
829 see entries.rst which is generated from the source code using:
830
831     binman entry-docs >tools/binman/entries.rst
832
833 .. toctree::
834    :maxdepth: 2
835
836    entries
837
838
839 Managing images
840 ===============
841
842 Listing images
843 --------------
844
845 It is possible to list the entries in an existing firmware image created by
846 binman, provided that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example::
847
848     $ binman ls -i image.bin
849     Name              Image-pos  Size  Entry-type    Offset  Uncomp-size
850     ----------------------------------------------------------------------
851     main-section                  c00  section            0
852       u-boot                  0     4  u-boot             0
853       section                     5fc  section            4
854         cbfs                100   400  cbfs               0
855           u-boot            138     4  u-boot            38
856           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb        80          3b5
857         u-boot-dtb          500   1ff  u-boot-dtb       400          3b5
858       fdtmap                6fc   381  fdtmap           6fc
859       image-header          bf8     8  image-header     bf8
860
861 This shows the hierarchy of the image, the position, size and type of each
862 entry, the offset of each entry within its parent and the uncompressed size if
863 the entry is compressed.
864
865 It is also possible to list just some files in an image, e.g.::
866
867     $ binman ls -i image.bin section/cbfs
868     Name              Image-pos  Size  Entry-type  Offset  Uncomp-size
869     --------------------------------------------------------------------
870         cbfs                100   400  cbfs             0
871           u-boot            138     4  u-boot          38
872           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb      80          3b5
873
874 or with wildcards::
875
876     $ binman ls -i image.bin "*cb*" "*head*"
877     Name              Image-pos  Size  Entry-type    Offset  Uncomp-size
878     ----------------------------------------------------------------------
879         cbfs                100   400  cbfs               0
880           u-boot            138     4  u-boot            38
881           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb        80          3b5
882       image-header          bf8     8  image-header     bf8
883
884
885 Extracting files from images
886 ----------------------------
887
888 You can extract files from an existing firmware image created by binman,
889 provided that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example::
890
891     $ binman extract -i image.bin section/cbfs/u-boot
892
893 which will write the uncompressed contents of that entry to the file 'u-boot' in
894 the current directory. You can also extract to a particular file, in this case
895 u-boot.bin::
896
897     $ binman extract -i image.bin section/cbfs/u-boot -f u-boot.bin
898
899 It is possible to extract all files into a destination directory, which will
900 put files in subdirectories matching the entry hierarchy::
901
902     $ binman extract -i image.bin -O outdir
903
904 or just a selection::
905
906     $ binman extract -i image.bin "*u-boot*" -O outdir
907
908
909 Replacing files in an image
910 ---------------------------
911
912 You can replace files in an existing firmware image created by binman, provided
913 that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example:
914
915     $ binman replace -i image.bin section/cbfs/u-boot
916
917 which will write the contents of the file 'u-boot' from the current directory
918 to the that entry, compressing if necessary. If the entry size changes, you must
919 add the 'allow-repack' property to the original image before generating it (see
920 above), otherwise you will get an error.
921
922 You can also use a particular file, in this case u-boot.bin::
923
924     $ binman replace -i image.bin section/cbfs/u-boot -f u-boot.bin
925
926 It is possible to replace all files from a source directory which uses the same
927 hierarchy as the entries::
928
929     $ binman replace -i image.bin -I indir
930
931 Files that are missing will generate a warning.
932
933 You can also replace just a selection of entries::
934
935     $ binman replace -i image.bin "*u-boot*" -I indir
936
937
938 Logging
939 -------
940
941 Binman normally operates silently unless there is an error, in which case it
942 just displays the error. The -D/--debug option can be used to create a full
943 backtrace when errors occur. You can use BINMAN_DEBUG=1 when building to select
944 this.
945
946 Internally binman logs some output while it is running. This can be displayed
947 by increasing the -v/--verbosity from the default of 1:
948
949    0: silent
950    1: warnings only
951    2: notices (important messages)
952    3: info about major operations
953    4: detailed information about each operation
954    5: debug (all output)
955
956 You can use BINMAN_VERBOSE=5 (for example) when building to select this.
957
958
959 Technical details
960 =================
961
962 Order of image creation
963 -----------------------
964
965 Image creation proceeds in the following order, for each entry in the image.
966
967 1. AddMissingProperties() - binman can add calculated values to the device
968 tree as part of its processing, for example the offset and size of each
969 entry. This method adds any properties associated with this, expanding the
970 device tree as needed. These properties can have placeholder values which are
971 set later by SetCalculatedProperties(). By that stage the size of sections
972 cannot be changed (since it would cause the images to need to be repacked),
973 but the correct values can be inserted.
974
975 2. ProcessFdt() - process the device tree information as required by the
976 particular entry. This may involve adding or deleting properties. If the
977 processing is complete, this method should return True. If the processing
978 cannot complete because it needs the ProcessFdt() method of another entry to
979 run first, this method should return False, in which case it will be called
980 again later.
981
982 3. GetEntryContents() - the contents of each entry are obtained, normally by
983 reading from a file. This calls the Entry.ObtainContents() to read the
984 contents. The default version of Entry.ObtainContents() calls
985 Entry.GetDefaultFilename() and then reads that file. So a common mechanism
986 to select a file to read is to override that function in the subclass. The
987 functions must return True when they have read the contents. Binman will
988 retry calling the functions a few times if False is returned, allowing
989 dependencies between the contents of different entries.
990
991 4. GetEntryOffsets() - calls Entry.GetOffsets() for each entry. This can
992 return a dict containing entries that need updating. The key should be the
993 entry name and the value is a tuple (offset, size). This allows an entry to
994 provide the offset and size for other entries. The default implementation
995 of GetEntryOffsets() returns {}.
996
997 5. PackEntries() - calls Entry.Pack() which figures out the offset and
998 size of an entry. The 'current' image offset is passed in, and the function
999 returns the offset immediately after the entry being packed. The default
1000 implementation of Pack() is usually sufficient.
1001
1002 Note: for sections, this also checks that the entries do not overlap, nor extend
1003 outside the section. If the section does not have a defined size, the size is
1004 set large enough to hold all the entries.
1005
1006 6. SetImagePos() - sets the image position of every entry. This is the absolute
1007 position 'image-pos', as opposed to 'offset' which is relative to the containing
1008 section. This must be done after all offsets are known, which is why it is quite
1009 late in the ordering.
1010
1011 7. SetCalculatedProperties() - update any calculated properties in the device
1012 tree. This sets the correct 'offset' and 'size' vaues, for example.
1013
1014 8. ProcessEntryContents() - this calls Entry.ProcessContents() on each entry.
1015 The default implementatoin does nothing. This can be overriden to adjust the
1016 contents of an entry in some way. For example, it would be possible to create
1017 an entry containing a hash of the contents of some other entries. At this
1018 stage the offset and size of entries should not be adjusted unless absolutely
1019 necessary, since it requires a repack (going back to PackEntries()).
1020
1021 9. ResetForPack() - if the ProcessEntryContents() step failed, in that an entry
1022 has changed its size, then there is no alternative but to go back to step 5 and
1023 try again, repacking the entries with the updated size. ResetForPack() removes
1024 the fixed offset/size values added by binman, so that the packing can start from
1025 scratch.
1026
1027 10. WriteSymbols() - write the value of symbols into the U-Boot SPL binary.
1028 See 'Access to binman entry offsets at run time' below for a description of
1029 what happens in this stage.
1030
1031 11. BuildImage() - builds the image and writes it to a file
1032
1033 12. WriteMap() - writes a text file containing a map of the image. This is the
1034 final step.
1035
1036
1037 External tools
1038 --------------
1039
1040 Binman can make use of external command-line tools to handle processing of
1041 entry contents or to generate entry contents. These tools are executed using
1042 the 'tools' module's Run() method. The tools generally must exist on the PATH,
1043 but the --toolpath option can be used to specify additional search paths to
1044 use. This option can be specified multiple times to add more than one path.
1045
1046 For some compile tools binman will use the versions specified by commonly-used
1047 environment variables like CC and HOSTCC for the C compiler, based on whether
1048 the tool's output will be used for the target or for the host machine. If those
1049 aren't given, it will also try to derive target-specific versions from the
1050 CROSS_COMPILE environment variable during a cross-compilation.
1051
1052
1053 Code coverage
1054 -------------
1055
1056 Binman is a critical tool and is designed to be very testable. Entry
1057 implementations target 100% test coverage. Run 'binman test -T' to check this.
1058
1059 To enable Python test coverage on Debian-type distributions (e.g. Ubuntu)::
1060
1061    $ sudo apt-get install python-coverage python3-coverage python-pytest
1062
1063
1064 Concurrent tests
1065 ----------------
1066
1067 Binman tries to run tests concurrently. This means that the tests make use of
1068 all available CPUs to run.
1069
1070  To enable this::
1071
1072    $ sudo apt-get install python-subunit python3-subunit
1073
1074 Use '-P 1' to disable this. It is automatically disabled when code coverage is
1075 being used (-T) since they are incompatible.
1076
1077
1078 Debugging tests
1079 ---------------
1080
1081 Sometimes when debugging tests it is useful to keep the input and output
1082 directories so they can be examined later. Use -X or --test-preserve-dirs for
1083 this.
1084
1085
1086 Running tests on non-x86 architectures
1087 --------------------------------------
1088
1089 Binman's tests have been written under the assumption that they'll be run on a
1090 x86-like host and there hasn't been an attempt to make them portable yet.
1091 However, it's possible to run the tests by cross-compiling to x86.
1092
1093 To install an x86 cross-compiler on Debian-type distributions (e.g. Ubuntu)::
1094
1095   $ sudo apt-get install gcc-x86-64-linux-gnu
1096
1097 Then, you can run the tests under cross-compilation::
1098
1099   $ CROSS_COMPILE=x86_64-linux-gnu- binman test -T
1100
1101 You can also use gcc-i686-linux-gnu similar to the above.
1102
1103
1104 Writing new entries and debugging
1105 ---------------------------------
1106
1107 The behaviour of entries is defined by the Entry class. All other entries are
1108 a subclass of this. An important subclass is Entry_blob which takes binary
1109 data from a file and places it in the entry. In fact most entry types are
1110 subclasses of Entry_blob.
1111
1112 Each entry type is a separate file in the tools/binman/etype directory. Each
1113 file contains a class called Entry_<type> where <type> is the entry type.
1114 New entry types can be supported by adding new files in that directory.
1115 These will automatically be detected by binman when needed.
1116
1117 Entry properties are documented in entry.py. The entry subclasses are free
1118 to change the values of properties to support special behaviour. For example,
1119 when Entry_blob loads a file, it sets content_size to the size of the file.
1120 Entry classes can adjust other entries. For example, an entry that knows
1121 where other entries should be positioned can set up those entries' offsets
1122 so they don't need to be set in the binman decription. It can also adjust
1123 entry contents.
1124
1125 Most of the time such essoteric behaviour is not needed, but it can be
1126 essential for complex images.
1127
1128 If you need to specify a particular device-tree compiler to use, you can define
1129 the DTC environment variable. This can be useful when the system dtc is too
1130 old.
1131
1132 To enable a full backtrace and other debugging features in binman, pass
1133 BINMAN_DEBUG=1 to your build::
1134
1135    make qemu-x86_defconfig
1136    make BINMAN_DEBUG=1
1137
1138 To enable verbose logging from binman, base BINMAN_VERBOSE to your build, which
1139 adds a -v<level> option to the call to binman::
1140
1141    make qemu-x86_defconfig
1142    make BINMAN_VERBOSE=5
1143
1144
1145 History / Credits
1146 -----------------
1147
1148 Binman takes a lot of inspiration from a Chrome OS tool called
1149 'cros_bundle_firmware', which I wrote some years ago. That tool was based on
1150 a reasonably simple and sound design but has expanded greatly over the
1151 years. In particular its handling of x86 images is convoluted.
1152
1153 Quite a few lessons have been learned which are hopefully applied here.
1154
1155
1156 Design notes
1157 ------------
1158
1159 On the face of it, a tool to create firmware images should be fairly simple:
1160 just find all the input binaries and place them at the right place in the
1161 image. The difficulty comes from the wide variety of input types (simple
1162 flat binaries containing code, packaged data with various headers), packing
1163 requirments (alignment, spacing, device boundaries) and other required
1164 features such as hierarchical images.
1165
1166 The design challenge is to make it easy to create simple images, while
1167 allowing the more complex cases to be supported. For example, for most
1168 images we don't much care exactly where each binary ends up, so we should
1169 not have to specify that unnecessarily.
1170
1171 New entry types should aim to provide simple usage where possible. If new
1172 core features are needed, they can be added in the Entry base class.
1173
1174
1175 To do
1176 -----
1177
1178 Some ideas:
1179
1180 - Use of-platdata to make the information available to code that is unable
1181   to use device tree (such as a very small SPL image). For now, limited info is
1182   available via linker symbols
1183 - Allow easy building of images by specifying just the board name
1184 - Support building an image for a board (-b) more completely, with a
1185   configurable build directory
1186 - Detect invalid properties in nodes
1187 - Sort the fdtmap by offset
1188 - Output temporary files to a different directory
1189
1190 --
1191 Simon Glass <sjg@chromium.org>
1192 7/7/2016