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